Brevet FR2935756A1 — publié le 20100312

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le traitement des gaz brûlés en sortie d'un moteur à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement une buse d'injection de vapeur de carburant dans une conduite d'échappement d'un moteur à combustion interne, comportant une tige creuse pourvue d'une ouverture latérale orientée suivant une direction d'injection de vapeur de carburant. L'invention concerne également un vaporisateur de carburant dans une conduite d'échappement d'un moteur à combustion interne, comportant un conduit d'arrivée de carburant en phase liquide, une chambre de vaporisation du carburant, et une buse d'injection telle que précitée, pourvue d'un socle qui ferme ladite chambre de vaporisation et à partir duquel s'élève la tige creuse. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les lignes d'échappement des moteurs à combustion interne sont généralement équipées d'une turbine suivie, dans la direction d'écoulement des gaz brûlés, d'un catalyseur d'oxydation et d'un filtre à particules. Le catalyseur d'oxydation permet d'oxyder les hydrocarbures imbrûlés et le monoxyde de carbone provenant de la combustion du carburant et de l'air frais dans la chambre de combustion du moteur, afin d'éviter que ces éléments polluants ne soient rejetés dans l'atmosphère. Le filtre à particules permet quant à lui de filtrer et de stocker une part importante des particules polluantes (suies) rejetées par le moteur. À partir d'un certain taux de remplissage du filtre à particules, les gaz brûlés s'évacuent difficilement de la ligne d'échappement, ce qui engendre une surpression des gaz brûlés néfaste au fonctionnement du moteur à combustion interne. II convient alors, au cours d'une phase de régénération du filtre à particules, d'éliminer les particules polluantes qui remplissent le filtre sans pour autant les rejeter telles quelles dans l'atmosphère, mais plutôt en les brûlant au préalable. Pour cela, il est connu d'injecter du carburant dans la conduite d'échappement, ce qui entraîne une réaction d'oxydation très exothermique du carburant dans le catalyseur d'oxydation. Les gaz brûlés sortent par conséquent du catalyseur d'oxydation avec une température élevée et entrent dans le filtre à particules en brûlant les particules polluantes qui remplissent ce dernier. Généralement, un injecteur de carburant est à cet effet inséré dans la conduite d'échappement qui raccorde la turbine au catalyseur d'oxydation, pour injecter de fines gouttelettes de carburant dans les gaz brûlés. Toutefois, pour minimiser l'encombrement du moteur et limiter ses pertes thermiques, la longueur de cette conduite d'échappement est habituellement faible. De ce fait, le carburant injecté dans la conduite d'échappement n'a pas le temps de s'évaporer complètement dans les gaz brûlés et de s'homogénéiser correctement avec ceux-ci avant d'entrer dans le catalyseur d'oxydation. Par conséquent, les gaz brûlés présentent une concentration en carburant qui n'est pas uniforme sur l'ensemble de la section d'entrée du catalyseur d'oxydation. Les réactions exothermiques sont donc localisées en des zones du catalyseur d'oxydation où la montée en température des gaz brûlés est plus forte que prévue, ce qui risque de provoquer la rupture du catalyseur d'oxydation. En outre, les gaz brûlés présentent alors une température qui n'est pas uniforme sur l'ensemble de la section d'entrée du filtre à particules. Seule une partie des particules polluantes est alors brûlée, si bien que le filtre à particules n'est pas correctement régénéré, au détriment des performances du moteur. Il est connu, pour éviter que des gouttelettes de carburant non vaporisées n'entrent dans le catalyseur d'oxydation, de remplacer l'injecteur de carburant par un vaporisateur de carburant. Un tel vaporisateur de carburant comporte une chambre de vaporisation du carburant et une tige tubulaire percée d'une ouverture d'injection de vapeur de carburant dans la conduite d'échappement. Cette solution ne modifie toutefois pas suffisamment la vitesse d'homogénéisation du carburant avec les gaz brûlés pour être réellement satisfaisante. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose une buse de vaporisation de carburant favorisant l'homogénéisation du carburant avec les gaz brûlés sans pour autant accroître de manière significative les pertes de charges engendrées par sa présence dans la conduite d'échappement. Plus particulièrement, on propose selon l'invention une buse de vaporisation telle que définie dans l'introduction, dans laquelle il est prévu un déflecteur pourvu de deux volets qui s'étendent à partir de la tige creuse, de part et d'autre de ladite ouverture latérale, et qui délimitent ensemble un secteur angulaire saillant dont le sommet est dirigé à l'opposé de ladite direction d'injection. En d'autres termes, le déflecteur forme un toit dont le faîte est tourné à l'opposé du sens d'écoulement des gaz brûlés et dont les deux pans sont inclinés par rapport à la direction d'écoulement. Ainsi, grâce à l'invention, les gaz brûlés sont déviés par le déflecteur, ce qui génère en aval du déflecteur un volume mort où des gaz brûlés sont fortement ralentis. La vapeur de carburant qui sort de l'ouverture latérale de la tige creuse est alors tout d'abord entraînée à faible vitesse par ces gaz brûlés, ce qui lui permet de se disperser dans l'ensemble du volume mort, puis à grande vitesse lorsqu'elle atteint les limites du volume mort, le long des bords des volets du déflecteur. Le carburant est ainsi dispersé dans le flux de gaz brûlés non pas en un unique point d'injection, mais sur l'ensemble de la périphérie du déflecteur, ce qui favorise l'homogénéisation rapide de la vapeur de carburant avec les gaz brûlés. La présence du déflecteur engendre par ailleurs des pertes de charge qui se combinent avec celles dues à la présence de la tige creuse, mais qui ne s'ajoutent pas à ces dernières puisque le déflecteur s'étend contre la tige creuse. Les pertes de charge engendrées par l'ensemble de la buse restent donc limitées. Enfin, puisque le déflecteur s'étend contre la tige creuse, il est possible de positionner la tige creuse très en amont de la conduite d'échappement, c'est-à-dire directement à la sortie de la turbine du moteur, de manière à ce que la vapeur de carburant puisse s'homogénéiser totalement avec les gaz brûlés avant d'entrer dans le catalyseur d'oxydation. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de la buse d'injection selon l'invention sont les suivantes : - ladite tige creuse présente une forme de tube d'axe longitudinal et les deux volets sont symétriques par rapport à un plan de symétrie qui passe par cet axe longitudinal et qui contient ladite direction d'injection ; - les deux volets sont formés par des plaques planes rectangulaires positionnées en V ; - ledit secteur angulaire est ouvert à sensiblement 90 degrés ; - les deux volets sont formés par des plaques légèrement recourbées l'une vers l'autre, positionnées en U ; - le déflecteur est centré sur ladite ouverture latérale ; - les deux volets sont raccordés par une paroi courbe dont la face intérieure s'applique contre la tige creuse ; - le déflecteur est réalisé d'une seule pièce par découpage et pliage d'un feuillard métallique ; et - chaque volet du déflecteur présente au moins une ouverture de passage des gaz brûlés d'échappement, d'axe parallèle à la direction d'injection. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un vaporisateur de carburant comportant une buse d'injection selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale de la buse d'injection de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue schématique en perspective de la buse d'injection de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté un vaporisateur de carburant 1 adapté à insuffler de la vapeur de carburant dans une conduite d'échappement (non représentée) d'un moteur à combustion interne, en aval de la turbine du moteur et en amont du catalyseur d'oxydation et du filtre à particules de ce moteur. Cette vapeur de carburant, lorsqu'elle entre dans le catalyseur d'oxydation, provoque une réaction chimique très exothermique qui permet d'élever la température des gaz brûlés. De cette manière, lorsque les gaz brûlés entrent dans le filtre à particules, ils brûlent les particules stockées à l'intérieur de ce filtre, ce qui permet de le régénérer. Le vaporisateur de carburant 1 comporte un conduit d'arrivée 3 de carburant en phase liquide, un socle 2 dans lequel le carburant est vaporisé, une buse d'injection 10 pour insuffler la vapeur de carburant dans la conduite d'échappement, et un élément de raccord 8 de la buse d'injection 10 sur la conduite d'échappement. Le socle 2 présente extérieurement une forme cylindrique de section triangulaire. Il est creux et délimite intérieurement une chambre de vaporisation de carburant cylindrique de révolution autour d'un axe longitudinal Al. L'une de ses extrémités est fermée par une paroi arrière 2A tandis que l'autre de ses extrémités est ouverte et est bordée par une bride 6. La paroi arrière 2A du socle 2 est ici percée de quatre ouvertures, dont une ouverture centrale dans laquelle débouche le conduit d'arrivée 3 de carburant en phase liquide et trois ouvertures décentrées. Deux de ces ouvertures décentrées sont ici fermées par des bouchons 5 tandis que la troisième de ces ouvertures décentrées accueille une bougie 4 qui permet d'élever la température du carburant à l'intérieur de la chambre de vaporisation afin de le vaporiser. En variante, l'un et/ou l'autre des bouchons 5 pourrait être remplacé par une bougie 4 afin d'accroître la vitesse de vaporisation du carburant dans la chambre de vaporisation. La bride 6 du socle 2 est quant à elle pourvue de trois ouvertures dans lesquelles sont engagées trois vis de fixation 7 du vaporisateur de carburant 1 sur la conduite d'échappement. L'élément de raccord 8 présente une forme profilée, de section identique à la section de la bride 6 du socle 2, de manière à s'étendre dans le prolongement de cette bride. Il présente un bord arrière plat et un bord avant pourvu de deux échancrures 8A à engager sur la face externe cylindrique de la conduite d'échappement du moteur. Cet élément de raccord 8 présente trois conduits axiaux dans lesquels sont engagées les trois vis de fixation 7. Ces trois vis de fixation 7 sont ainsi adaptées à être vissées dans des alésages taraudés prévus en correspondance sur la conduite d'échappement, pour assurer un maintien rigide du vaporisateur de carburant 1 sur la conduite d'échappement, peu sensible aux contraintes vibratoires. Comme le montrent les figures 1 et 3, la buse d'injection 10 comporte quant à elle, d'une part, un socle 11 interposé entre le socle 2 et l'élément de raccord 8, et, d'autre part, une tige creuse 14 qui débouche à l'intérieur de la conduite d'échappement via une ouverture pratiquée dans la paroi de cette conduite. Le socle 11 présente une forme de disque avec une face avant à partir de laquelle s'élève la tige creuse 14 et une face arrière qui ferme la face avant de la chambre de vaporisation et qui est bordée d'une bride 12 identique à la bride 6 du socle 2. La bride 12 de ce socle 11 est prise en sandwich entre la face avant de la bride 6 du socle 2 et le bord arrière de l'élément de raccord 8, par l'intermédiaire de deux joints d'étanchéité 9 plats, ce qui évite toute fuite de vapeur de carburant hors de la chambre de vaporisation. Elle est percée de trois ouvertures 13 de passage des vis de fixation 7. Comme le montrent les figures 2 et 3, la tige creuse 14 présente ici une forme de tube d'axe confondu avec l'axe longitudinal Al de la chambre de vaporisation du socle 2. L'extrémité arrière de cette tige creuse 14, celle raccordée au socle 11, est ouverte et débouche dans la chambre de vaporisation. Son extrémité avant est en revanche fermée. La paroi cylindrique de la tige creuse 14 est percée d'une ouverture latérale 15 circulaire, d'axe perpendiculaire à l'axe longitudinal Al. Cette ouverture latérale 15 permet à la vapeur de carburant de sortir hors de la chambre de vaporisation pour être insufflée à l'intérieur de la conduite d'échappement. Elle est orientée suivant une direction d'injection Dl de vapeur de carburant qui est parallèle à la direction d'écoulement des gaz brûlés dans la conduite d'échappement et qui est orientée dans le sens d'écoulement de ces gaz brûlés. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la buse d'injection 10 comporte un déflecteur 16 pourvu de deux volets 17 qui s'étendent à partir de la tige creuse 14, de part et d'autre de ladite ouverture latérale 15, et qui délimitent ensemble un secteur angulaire S1 saillant dont le sommet est dirigé à l'opposé de ladite direction d'injection D1. Le secteur angulaire SI considéré est saillant en ce sens qu'il est ouvert à moins de 180 degrés. Les deux volets 17 forment ainsi les deux pans d'un toit monté sur la paroi cylindrique de la tige creuse 14 de telle manière que son faîte est tourné à l'opposé de la direction d'injection Dl, face au flux de gaz brûlés. Ces deux volets 17 présentent donc chacun une face interne située du côté de l'ouverture latérale 15 de la tige creuse et une face externe qui fait face au flux de gaz brûlés qui circulent dans la conduite d'échappement. Les deux volets 17 sont ici symétriques par rapport à un plan de symétrie qui passe par l'axe longitudinal Al et qui contient la direction d'injection Dl. Préférentiellement, les deux volets 17 sont formés par des plaques planes rectangulaires positionnées en V l'une par rapport à l'autre. Ces plaques planes rectangulaires présentent alors chacune un bord longitudinal solidaire de la tige creuse 14 et un bord libre opposé. Ces deux volets 17 délimitent ainsi entre eux un volume dans lequel les gaz brûlés sont fortement ralentis. De cette manière, la vapeur de carburant insufflée par l'ouverture latérale 15 de la tige creuse 14 peut se répandre dans l'ensemble de ce volume avant d'être entraînée par les gaz brûlés à vitesse élevée le long des bords libres des volets 17. Le déflecteur 16 favorise ainsi la vitesse d'homogénéisation de la vapeur de carburant avec les gaz brûlés. De cette manière, la réaction exotherme qui a lieu dans le catalyseur d'oxydation est uniforme sur l'ensemble de la section de ce catalyseur, si bien que les gaz brûlés montent de manière homogène en température avant d'entrer dans le filtre à particules pour le régénérer efficacement. Les angles d'inclinaison C2, C3 des volets 17 par rapport à la direction d'injection Dl sont identiques. Ils sont ici sensiblement égaux à 45 degrés, si bien que le secteur angulaire S1 délimité par ces deux volets 17 est ouvert à 90 degrés. Avantageusement, comme le montre la figure 2, les deux volets 17 sont raccordés par une paroi courbe 18 dont la face intérieure s'applique contre la face externe cylindrique de la tige creuse 14, à l'opposé de l'ouverture latérale 15. Le déflecteur 16 est alors réalisé d'une seule pièce par découpage en rectangle puis pliage d'un feuillard métallique en acier. Il est ensuite soudé sur la face externe cylindrique de la tige creuse 14, de manière à être centré en hauteur sur ladite ouverture latérale 15. Ici, la conduite d'échappement dans laquelle est engagée la buse d'injection 10 présente un diamètre intérieur égal à 50 millimètres et une longueur égale à 200 millimètres. La tige creuse 14 présente alors une longueur égale à 37 millimètres, un diamètre extérieur égal à 7 millimètres et un diamètre intérieur égal à 4 millimètres. Son ouverture latérale 15 présente un diamètre égal à 2,8 millimètres et est située à 15 millimètres environ de l'extrémité libre de la tige creuse 14. Chaque volet 17 présente une hauteur L1 égale à 26 millimètres, une largeur L2 égale à 12 millimètres et une épaisseur de l'ordre du millimètre. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. Par exemple, on pourra prévoir que chaque volet du déflecteur soit percé d'au moins une ouverture de passage des gaz brûlés, de manière à diminuer les pertes de charge engendrées par le déflecteur sur les gaz brûlés circulant dans la conduite d'échappement. Chaque ouverture de passage présentera alors préférentiellement un bord circulaire circonscrit à un cylindre d'axe parallèle à la direction d'injection. Encore en variante, on pourra prévoir que les deux volets soient formés par des plaques légèrement recourbées l'une vers l'autre, de manière que le déflecteur présente une forme de U. Selon cette variante, l'angle d'ouverture entre les deux volets décroît depuis leur bord longitudinal solidarisé à la tige creuse jusqu'à leur bord libre opposé. Le secteur angulaire délimité entre ces deux volets présente alors un angle d'ouverture égal à l'angle d'ouverture maximum entre les deux volets. REVENDICATIONS1. Buse d'injection (10) de vapeur de carburant dans une conduite d'échappement d'un moteur à combustion interne, comportant une tige creuse (14) pourvue d'une ouverture latérale (15) orientée suivant une direction d'injection (Dl) de vapeur de carburant, caractérisée en ce qu'elle comporte un déflecteur (16) pourvu de deux volets (17) qui s'étendent à partir de la tige creuse (14), de part et d'autre de ladite ouverture latérale (15), et qui délimitent ensemble un secteur angulaire (Si) saillant dont le sommet est dirigé à l'opposé de ladite direction d'injection (Dl). 2. Buse d'injection (10) selon la revendication précédente, dans laquelle ladite tige creuse (14) présente une forme de tube d'axe longitudinal (Al) et les deux volets (17) sont symétriques par rapport à un plan de symétrie qui passe par cet axe longitudinal (Al) et qui contient ladite direction d'injection (Dl). 3. Buse d'injection (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les deux volets (17) sont formés par des plaques planes rectangulaires positionnées en V. 4. Buse d'injection (10) selon la revendication précédente, dans laquelle ledit secteur angulaire (Si) est ouvert à sensiblement 90 degrés. 5. Buse d'injection selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle les deux volets sont formés par des plaques légèrement recourbées l'une vers l'autre. 6. Buse d'injection (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit déflecteur (16) est centré sur ladite ouverture latérale (15). 7. Buse d'injection (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les deux volets (17) sont raccordés par une paroi courbe (18) dont la face intérieure s'applique contre la tige creuse (14). 8. Buse d'injection (10) selon la revendication précédente, dans laquelle le déflecteur (16) est réalisé d'une seule pièce par découpage et pliage d'un 30 feuillard métallique. 9. Buse d'injection selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle chaque volet du déflecteur présente au moins une ouverture de passage des gaz brûlés d'échappement, d'axe parallèle à la direction d'injection. 10. Vaporisateur de carburant (1) dans une conduite d'échappement d'un 35 moteur à combustion interne, comportant un conduit d'arrivée (3) de carburant en phase liquide et une chambre de vaporisation du carburant, caractérisé en ce qu'ilcomporte une buse d'injection (10) selon l'une des revendications précédentes, comprenant un socle (11) à partir duquel s'élève la tige creuse (14), et qui ferme ladite chambre de vaporisation.