Brevet FR2935746A1 — publié le 20100312

ENSEMBLE COMPORTANT UN MOTEUR ET UN MOYEN D'INTRODUCTION D'UN COMPOSE VOLATIL DANS SES GAZ D'ECHAPPEMENT [0001] L'invention porte sur les moyens d'alimentation et d'introduction de composés dans les gaz d'échappement des moteurs à combustion. Plus spécifiquement, l'invention est applicable au traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion à mélange pauvre, et particulièrement au traitement des particules générée par le moteur lors de la combustion du mélange. [0002] Un moteur à combustion interne produit lors de son fonctionnement des gaz d'échappement issus de la combustion du carburant. A défaut de pouvoir calibrer le moteur afin qu'il ne rejette qu'une quantité de polluants réglementés admissible, les gaz d'échappement doivent subir un traitement afin de réduire les polluants réglementés à un niveau inférieur aux seuils normalisés. Par exemple, la combustion de mélanges carburés pauvres est génératrice de particules. [0003] Le moyen de traitement des gaz est généralement situé dans le circuit d'échappement du moteur. Pour traiter les particules il est courant d'utiliser un filtre à particules qu'il est nécessaire de régénérer périodiquement. Le moyen de dépollution peut donc comporter un filtre à particules destiné à piéger les particules issues de la combustion. Typiquement, un filtre à particule nécessite d'être périodiquement régénéré, c'est-à-dire vidé des particules filtrées par oxydation de ces dernières. Une température de 450°C à 700°C est nécessaire pour effectuer l'oxydation des particules qui permet de les détruire. L'obtention de cette température d'oxydation est une difficulté majeure dans l'utilisation d'un filtre à particule. [0004] Classiquement le complément d'énergie à apporter à l'échappement lors des phases de régénération du filtre est fourni par une dégradation de la combustion et peut être secondé par utilisation de la post injection, c'est-à-dire l'injection de carburant dans la chambre de combustion à la fin du cycle de combustion, voire en fin de détente ou en début de phase d'échappement [0005] Cette approche entraîne nécessairement une augmentation de la sollicitation thermique de composants du moteur tels que le collecteur d'échappement et le turbocompresseur. Par ailleurs, la dégradation de la combustion et le recours à la post injection entraînent une augmentation de la dilution du carburant dans l'huile du circuit de lubrification du moteur. En effet, une part du carburant injecté dans les cylindres du moteur lors des post injection peut former un film liquide sur les parois du cylindre, film pouvant n'être que partiellement raclé par les segments du piston. Une certaine quantité de carburant peut ainsi passer sous le piston, et être diluée à l'huile de lubrification du moteur, ce qui impose des vidanges plus fréquentes afin d'éviter l'endommagement du moteur. [0006] L'un des moyens de résoudre ces problèmes est d'utiliser une technique dite d'injection de gazole (ou de carburant) à l'échappement. Selon cette technique, du gazole, ou un autre composé, est introduit directement dans le circuit des gaz d'échappement afin de solliciter le catalyseur d'oxydation pour élever la température des gaz d'échappement par création d'une réaction exothermique. [0007] Cette introduction de composé dans la ligne d'échappement peut se faire à l'état liquide (pulvérisé) par un injecteur analogue aux injecteurs connus pour l'introduction du carburant dans les chambres de combustion, ou à l'état gazeux, à l'aide d'un dispositif dans lequel on chauffe le composé pour le volatiliser par un dispositif électrique. [0008] Ce mode d'introduction peut être adopté pour l'introduction d'autres agents devant être introduits dans les gaz d'échappement d'un moteur. Typiquement, pour la réduction catalytique des oxydes d'azotes (système SCR), l'introduction dans les gaz d'échappement d'un agent réducteur pouvant être une solution d'urée peut se faire à l'état liquide ou gazeux. [0009] L'introduction à l'état liquide pose des problèmes d'homogénéité des gaz d'échappement enrichis, en particulier si le catalyseur dans lequel va se produire l'exotherme est proche du point d'introduction. Pour que la vaporisation soit effective dans les gaz d'échappement, ceux-ci doivent être préférentiellement à une température relativement élevée. [0010] L'introduction à l'état gazeux nécessite quant à elle l'utilisation d'un dispositif implanté sur la ligne d'échappement du moteur, et qui comporte une chambre de vaporisation au fond de laquelle est disposé un élément chauffant. On introduit le composé à vaporiser dans cette chambre par un doseur spécifique. [0011] Ce type de dispositif est notamment connu au travers du brevet EP0132166, et est assez volumineux et difficile à implanter sur la ligne d'échappement. Le brevet EP1417401 présente un système de constitution différente mais de fonctionnalité analogue, présentant le même problème d'implantation. [0012] Le présent brevet à pour objectif de proposer une solution permettant d'introduire un composé volatil (pouvant notamment être du carburant) à l'état gazeux dans l'échappement, tout en réduisant la problématique d'implantation du dispositif d'introduction. [0013] Dans l'invention, la solution à la problématique d'implantation du dispositif consiste à ménager la chambre de vaporisation directement dans le moteur, dans la paroi de sa culasse ou son bloc. Un doseur d'un composé volatil pouvant être du carburant et un élément chauffant sont implantés dans deux cavités communicant avec la chambre ainsi constituée. [0014] Plus précisément, l'invention porte donc sur un dispositif comportant un moteur à combustion comportant au moins une culasse et un carter cylindre, ledit moteur comportant un dispositif d'introduction dans ses gaz d'échappement de vapeurs d'un composé volatil, ledit dispositif d'introduction comportant une chambre de vaporisation dans laquelle ledit composé volatil est vaporisé par un dispositif de chauffage après son introduction par un dispositif de dosage, caractérisé en ce que la chambre de vaporisation est ménagée dans la paroi de la culasse ou du carter cylindre d'un moteur. [0015] Préférentiellement, un conduit est ménagé entre la chambre de vaporisation et le collecteur d'échappement du moteur pour permettre l'introduction des vapeurs dans le collecteur d'échappement. [0016] Dans une variante, un premier orifice pour dispositif de dosage débouchant dans la chambre de vaporisation est ménagé dans la paroi de la culasse ou du carter dans laquelle est ménagée la chambre de vaporisation, afin d'accueillir le dispositif de dosage pour introduire le composé volatil dans la chambre de vaporisation. Préférentiellement, ce premier orifice présente un taraudage pour le montage par vissage du dispositif de dosage. [0017] Dans une variante, un second orifice pour dispositif chauffant débouchant dans la chambre de vaporisation est ménagé dans la paroi du moteur afin d'accueillir le dispositif de chauffage du composé volatil introduit dans la chambre de vaporisation. Ce second l'orifice présente préférentiellement un taraudage pour le montage par vissage du dispositif chauffant. [0018] L'invention trouve son application préférentielle dans l'introduction de vapeurs de carburant dans le circuit d'échappement d'un moteur à combustion. [0019] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures représentant schématiquement le système dans son mode de réalisation préférentiel. [0020] La figure 1 présente schématiquement un dispositif pour l'introduction d'un composé volatil dans les gaz d'échappement, selon l'invention, selon une première vue. [0021] La figure 2 présente le dispositif présenté en figure 1, selon une seconde vue. [0022] Un moteur à combustion interne 1 présente au moins une chambre de combustion 2, dans laquelle se produit la combustion d'un mélange carburé. Un piston 3 permet de récupérer sous forme mécanique une part de l'énergie dégagée lors des combustions. Après combustion, les gaz brûlés, dits gaz d'échappement, sont évacués par un conduit d'échappement 4 puis éventuellement un collecteur d'échappement qui regroupe les flux des conduits d'échappement en provenances des différents cylindres. [0023] Selon l'invention, une cavité servant de chambre de vaporisation 5 d'un composé est ménagée dans la paroi du moteur. Cette chambre de mélange peut notamment être ménagée dans la culasse du moteur, ou dans le carter cylindre (bloc moteur). Elle peut être réalisée directement en fonderie lors de la coulée de la culasse ou du carter cylindre. [0024] Préférentiellement, la chambre de vaporisation est ménagée à proximité de l'échappement des cylindres. Un conduit 6 permet l'introduction du composé vaporisé dans les gaz d'échappement, en faisant communiquer la chambre de vaporisation 5 avec un conduit d'échappement 4 d'un cylindre, ou avec le collecteur d'échappement. [0025] Un dispositif de dosage 7 permet d'injecter un composé volatil, par exemple du carburant, dans la chambre de vaporisation. Un dispositif de chauffage 8 permet la vaporisation du composé injecté par le dispositif de dosage 7. [0026] La figure 2 présente plus précisément l'implantation du dispositif de dosage et de chauffage. [0027] Le dispositif de dosage 7 est préférentiellement disposé dans un orifice traversant la paroi du moteur (culasse ou bloc moteur notamment) et débouchant dans la chambre de vaporisation 2. Préférentiellement, la fixation du dispositif de dosage 7 se fera par vissage. Pour cela, le dispositif de dosage 7, pouvant être analogue dans sa constitution à un injecteur, présente une forme ou a minima un embout cylindrique fileté, venant se visser dans un taraudage ménagé dans l'orifice pour dispositif de dosage. [0028] Pour son alimentation, le dispositif de dosage 7 peut être muni de deux connecteur. Un connecteur électrique 71 permet l'alimenter en électricité le dispositif de dosage, tandis qu'un connecteur l'alimentation en composé 72 permet de relier le dispositif de dosage 7 par exemple au circuit d'alimentation en carburant du moteur 1, dans le cas ou le composé injecté est le carburant alimentant par ailleurs le moteur. Ces connecteurs seront préférentiellement disposés de manière à être accessibles depuis l'extérieur du moteur. [0029] Le dispositif de chauffage 8 du composé introduit par le dispositif de dosage 7, est préférentiellement disposé dans un orifice traversant la paroi du moteur (culasse ou bloc moteur notamment) et débouchant dans la chambre de vaporisation 2. Préférentiellement, la fixation du dispositif de chauffage 8 se fera par vissage. Pour cela, le dispositif de dosage, pouvant être analogue dans sa constitution à une bougie de préchauffage, présente une forme ou a minima un embout cylindrique fileté, venant se visser dans un taraudage ménagé dans l'orifice pour dispositif de chauffage. Le chauffage est assuré par l'embout 81 du dispositif de chauffage 8. [0030] L'orifice pour dispositif de chauffage débouche vers le fond de la chambre de vaporisation 5 sous le dispositif de dosage 7, afin que le composé liquide introduit par le dispositif de dosage ou recondensé dans la chambre après sa vaporisation arrive par gravité à proximité de l'embout chauffant 81. [0031] Le chauffage sera assuré de préférence par effet joule (l'embout chauffant pouvant être une résistance électrique). L'alimentation électrique du dispositif de chauffage 8 peut être assurée via un connecteur 82 accessible pour son raccordement depuis l'extérieur du moteur 1. [0032] Dans le cas de figure préférentiel où le dispositif est appliqué à la régénération d'un filtre à particules, lorsque l'on détecte que le filtre à particules équipant le circuit d'échappement du moteur 1 est chargé en particule, on diffuse du carburant sur l'élément chauffant 81, qui est chauffé et a éventuellement été préalablement préchauffé. Le carburant passe de l'état liquide à l'état gazeux sous l'effet de la température. Les gaz contenant les vapeurs de carburant sont alors aspirés par le passage des gaz d'échappement dans le conduit d'échappement 4. Pour améliorer cette aspiration, un élément provocant un effet Venturi peut être disposé dans le conduit d'échappement 4 à l'embouchure du conduit 6 reliant la chambre de vaporisation 5 et le conduit d'échappement 4. Les vapeurs de carburant se mélangent alors aux gaz d'échappement, les gaz ainsi formés sont alors homogènes lors de leur arrivée sur le catalyseur. [0033] Outre l'intégration plus facile du système de vaporisation de carburant (ou de tout autre composé volatil, pouvant par exemple être une solution d'urée) et la diminution du volume occupé pour cette fonction, l'invention permet en outre de garantir une meilleur fiabilité au dispositif assurant la fonction. Le vissage du dispositif de dosage de carburant et du dispositif de chauffage directement dans la paroi du moteur, au niveau de la culasse éventuellement du carter cylindre, garantit un montage robuste et fiable. Le coût de la fonction peut également être réduit par l'invention, car elle réduit substantiellement le nombre d'éléments mis en jeu par rapport aux solutions connues dans l'art antérieur. Revendications: 1. Dispositif comportant un moteur à combustion (1) comportant au moins une culasse et un carter cylindre, ledit moteur (1) comportant un dispositif d'introduction dans ses gaz d'échappement de vapeurs d'un composé volatil, ledit dispositif d'introduction comportant une chambre de vaporisation (5) dans laquelle ledit composé volatil est vaporisé par un dispositif de chauffage (8) après son introduction par un dispositif de dosage (7), caractérisé en ce que la chambre de vaporisation (5) est ménagée dans la paroi de la culasse ou du carter cylindre d'un moteur (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, dont le circuit d'évacuation et de traitement des gaz d'échappement comporte un collecteur d'échappement, caractérisé en ce qu'un conduit (6) est ménagé entre la chambre de vaporisation (5) et le collecteur d'échappement pour permettre l'introduction des vapeurs dans le collecteur d'échappement. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'un premier orifice pour dispositif de dosage (7) débouchant dans la chambre de vaporisation (5) est ménagé dans la paroi de la culasse ou du carter dans laquelle est ménagée la chambre de vaporisation (5), afin d'accueillir le dispositif de dosage (7) pour introduire le composé volatil dans la chambre de vaporisation (5). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit premier orifice présente un taraudage pour le montage par vissage du dispositif de dosage (7). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un second orifice pour dispositif chauffant (8) débouchant dans la chambre de vaporisation (5) est ménagé dans la paroi du moteur (1) afin d'accueillir le dispositif de chauffage du composé volatil introduit dans la chambre de vaporisation (5). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit second l'orifice présente un taraudage pour le montage par vissage du dispositif chauffant (8). 7. Application à l'introduction de vapeurs de carburant dans le circuit d'échappement d'un moteur à combustion (1).