Brevet FR2945963A1 — publié le 20101203

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine du mélange dynamique d'au moins deux fluides gazeux différents en circulation, en vue d'obtenir un flux gazeux unique, par exemple dans le domaine de l'alimentation en comburant des moteurs à combustion interne des véhicules automobiles. L'invention a plus particulièrement pour objet un dispositif d'injection et de diffusion d'un flux d'un second fluide gazeux dans le flux d'un premier fluide gazeux, le premier fluide circulant dans un segment de conduit et l'injection du second fluide s'effectuant selon une direction inclinée par rapport à la direction de circulation du premier fluide. On connaît déjà de nombreuses réalisations de dispositifs permettant de mélanger deux flux gazeux différents, notamment un flux gazeux principal, par exemple de l'air prélevé dans le milieu environnant, avec un flux gazeux secondaire, par exemple des gaz de combustion recyclés ou gaz EGR. Toutefois, ces solutions connues font état soit d'une efficacité de mélange limitée, en particulier lorsque les flux sont importants, soit d'une constitution complexe, résultant en un coût de fabrication élevé. Parmi les constructions déjà proposées, on peut notamment citer les dispositifs d'injection et de diffusion comprenant une pièce rapportée avec un corps creux de forme allongée, montée par introduction dans une ouverture latérale du segment de conduit dans lequel circule le premier fluide gazeux et qui fait saillie dans le volume intérieur délimité par ledit segment de conduit, en étant exposé au flux du premier fluide, le second fluide étant injecté à travers cette pièce rapportée formant insert. Ces dispositifs, qui répondent aux demandes précitées en termes de simplicité constructive, ne font toutefois pas état d'une efficacité de mélange suffisante. La présente invention a notamment pour but de proposer un 30 dispositif précité amélioré pour cet aspect en particulier. A cet effet, l'invention propose que le corps allongé de ladite pièce rapportée comporte au moins une paroi ou aile de séparation divisant le flux injecté de second fluide gazeux, et/ou le flux du premier fluide gazeux, respectivement en au moins deux flux secondaires et que ledit -2- corps comprenne une enveloppe ajourée autorisant une mise en contact et un mélange entre les premier et second fluides gazeux. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention, notamment un premier mode de réalisation de la pièce rapportée ; la figure 2 est une vue en élévation latérale dans la direction d'écoulement du premier fluide gazeux du dispositif représenté sur la figure 1, la figure 3 est une vue en perspective selon une autre direction de l'objet représenté sur les figures 1 et 2, une partie du segment de conduit 15 étant supprimée ; les figures 4, 5, 6 et 7 sont des vues en perspective selon deux directions différentes (vues A et B) de quatre autres modes de réalisation de la pièce rapportée faisant partie du dispositif selon l'invention ; les figures 8A, 8B et 8C sont respectivement des vues en 20 perspective (8A et 8B) et en coupe selon A-A (8C) d'un sixième mode de réalisation de la pièce rapportée ; la figure 9 est une vue en perspective d'un septième mode de réalisation de la pièce rapportée, et, les figures 10 à 14 sont des représentations schématiques par 25 transparence, sous forme de vues de dessus ou en élévation latérale par rapport au sens de circulation du flux du premier fluide gazeux, de cinq modes de réalisation additionnels de la pièce rapportée. Les figures 1, 2 et 3 des dessins annexés représentent un dispositif 1 d'injection et de diffusion d'un flux F2 d'un second fluide 30 gazeux dans le flux F 1 d'un premier fluide gazeux, le premier fluide circulant dans un segment de conduit 2 et l'injection du second fluide s'effectuant selon une direction inclinée par rapport à la direction D 1 de circulation du premier fluide. Ce dispositif 1 comprenant une pièce rapportée 3 avec un corps 35 creux 4 de forme allongée, montée par introduction dans une ouverture latérale 5 du segment de conduit 2 qui fait saillie dans le volume intérieur 4' délimité par ledit segment de conduit 2, en étant exposé au flux F 1 du -3- premier fluide, le second fluide gazeux étant injecté à travers le corps allongé 4. Conformément à l'invention, le corps allongé 4 de ladite pièce 3 rapportée comporte au moins une paroi ou aile de séparation 6, 6' divisant le flux injecté F2 du second fluide gazeux, et/ou le flux F1 du premier fluide gazeux, en au moins deux flux secondaires respectifs et ledit corps 4 creux comprend une enveloppe ajourée 4' autorisant une mise en contact et un mélange entre les premier et second fluides gazeux. Ainsi, avant son exposition au flux F 1 du premier fluide gazeux, le flux F2 du second fluide gazeux est fractionné par au moins une aile ou paroi 6, favorisant ainsi son mélange avec ledit premier fluide gazeux par une injection multiple et une diffusion répartie dans le flux F1. En variante, ou de manière supplémentaire, le flux F 1 du premier fluide gazeux est fractionné par au moins une aile ou paroi 6', avant son exposition au flux F2 du second fluide gazeux, favorisant également le mélange des deux fluides gazeux (fig. 14 par exemple). De manière avantageuse, ladite ou chaque aile ou paroi de séparation 6, 6' est située et configurée de telle manière qu'elle sépare le flux F 1 du premier fluide et/ou le flux F2 du second fluide avant leur contact et mélange mutuels, le corps creux 4 présentant une structure rectiligne ou courbe, de même que ladite ou chaque aile ou paroi de séparation 6, 6'. De nombreuses formes et configurations sont possibles pour le corps creux 4, pour l'enveloppe ajourée 4' et pour les ailes ou parois de séparation 6 et 6', comme l'illustrent les figures des dessins annexés. Conformément à un mode de réalisation pratique avantageux de l'invention, ressortant des figures 4 à 14 des dessins, le corps allongé 4 de ladite pièce rapportée 3, comprenant l'enveloppe 4' ajourée et ladite au moins une paroi 6 de séparation de flux, est réalisé d'un seul tenant avec une partie de connexion 7 assurant un montage calé et préférentiellement étanche de la pièce rapportée 3 dans l'ouverture latérale 5 du segment de conduit 2 et fournissant une ouverture d'injection 8 pour le second fluide, éventuellement pourvue d'un site de raccordement d'un conduit ou analogue. Plus précisément, et comme illustré à titre d'exemple également sur les figures des dessins annexés, la partie de connexion 7 peut consister en une collerette formée sur une extrémité du corps allongé 4 et comprenant une première portion 7' destinée à s'engager de manière ajustée par emboîtement dans l'ouverture latérale 5 du segment de conduit 2 et une seconde portion 7" formant plaque d'appui et de fixation, s'étendant latéralement au-delà de la première portion 7' et destinée à venir en appui extérieur sur la paroi du segment de conduit 2 autour de l'ouverture latérale 5. La fixation et l'étanchéité au niveau de l'ouverture 5 peuvent être réalisées de différentes manières connues de l'homme du métier. En vue d'optimiser l'injection, le mélange et l'entraînement du second fluide gazeux dans le flux F 1 du premier fluide gazeux et sa répartition dans ce dernier, il est avantageusement prévu que le corps creux allongé 4 de la pièce rapportée 3 s'étende transversalement dans le volume intérieur du segment de conduit 2, préférentiellement au moins jusqu'à la moitié de la largeur dudit segment, et en étant positionné selon une direction inclinée, éventuellement sensiblement orthogonale, par rapport à la direction du flux F 1 du premier fluide gazeux. En fonction du nombre de parois ou d'ailes de séparation 6 ou 6', le flux F 1 ou F2 de premier ou second fluide gazeux peut être divisé en deux, trois ou plus de flux secondaires avant injection dans le flux F1 ou F2. Afin d'obtenir une rampe de séparation, d'injection et de mélange plus étendue, le corps 4 peut même s'étendre jusqu'à proximité immédiate de la région 5' de la paroi du segment de conduit 2 opposée à l'ouverture 5 de montage de la pièce rapportée 3, le cas échéant jusqu'à venir en contact avec cette région 5', par exemple au niveau d'un site de réception coopérant, à configuration adaptée, formé au niveau de cette région (non représenté). En accord avec une première variante de réalisation, ressortant notamment des figures 1 à 6, 8, 10 et 12 à 14, le corps allongé 4 de la pièce rapportée 3 comporte au moins une paroi de séparation 6 interne s'étendant préférentiellement sur toute la longueur dudit corps 4 et divisant le volume interne 4" délimité par l'enveloppe 4' en au moins deux chambres 4"', dont chacune communique avec l'extérieur par l'intermédiaire d'au moins un ajour 9 de l'enveloppe ajourée 4'. Ainsi, chaque chambre 4"' est mise en communication fluidique avec le volume interne du segment de conduit 2 par au moins un ajour 9 de l'enveloppe 4'. Ces ajours 9 s'étendent, de manière unitaire (figures 8 et 9) -5- ou en alignement de deux, trois ou plus (figures 1 à 6), préférentiellement sur toute la longueur du corps allongé 4 pour répartir transversalement le second fluide gazeux dans le flux F l. En accord avec une seconde variante de réalisation, ressortant notamment des figures 7 et 1 l des dessins annexés, le corps creux allongé 4 de la pièce rapportée 3 comporte au moins deux parois de séparation 6, rectilignes ou incurvées, parallèles entre elles ou non et divisant le flux F2 du second fluide gazeux en au moins deux flux secondaires, injectés directement dans le volume interne du segment de conduit 2 et/ou dans une chambre communiquant avec ledit volume interne. Comme le montrent à titre d'exemples les figures 1 à 3, 4, 5, 8, 9 et 14, le corps creux allongé 4 de la pièce rapportée 3 peut aussi comporter au moins une paroi, interne ou externe, de séparation 6' pour le flux F 1 du premier fluide et au moins une paroi, interne ou externe, de séparation 6 pour le flux F2 du second fluide, ces parois 6 et 6' étant éventuellement au moins partiellement confondues. La figure 14 illustre, à titre d'exemple, une réalisation de la pièce rapportée 3 dans laquelle ladite au moins une paroi 6' de séparation du flux F 1 et ladite au moins une paroi 6 de séparation du flux F2 sont toutes situées à l'intérieur du corps creux allongé 4, ces parois 6 et 6' présentant des dispositions mutuellement inclinées l'une par rapport à l'autre, la ou chaque paroi 6' de séparation du flux F1 du premier fluide étant associée à un ajour 9 de l'enveloppe 4' formant ouverture d'entrée pour ledit premier fluide dans le corps creux allongé 4. En variante et comme représenté plus particulièrement sur les figures 4 et 8, la ou chaque paroi 6' de séparation pour le flux F l du premier fluide peut être constituée par une portion de l'enveloppe ajourée 4' du corps creux 4. En fonction de la nature des fluides gazeux à mélanger, de leurs débits respectifs, des contraintes en terme de pertes de charge et de la qualité souhaitée pour la diffusion et le mélange des fluides, différentes formes peuvent être envisagées pour le corps allongé 4, ainsi que différentes implantations, formes et configurations pour les ajours 9 de l'enveloppe 4' et les ailes ou parois 6 et 6'. En fonction des perturbations à générer ou à empêcher dans le flux F1 du premier fluide gazeux, ainsi que de la qualité du mélange souhaitée pour les deux fluides, fonction également de la nature respective de ces derniers, la forme du corps creux 4 et la disposition des ajours 9 seront adaptées de manière adéquate. Ainsi, l'enveloppe ajourée 4' peut définir une forme extérieure profilée à propriétés aérodynamiques pour le corps allongé 4 et être pourvue d'ajours 9 réparties sur toute sa surface, notamment situées côté amont et côté aval dudit corps allongé 4 s'étendant dans le segment de conduit 2, au moins certains de ces ajours 9 étant éventuellement disposés en regard deux par deux (fig. 1 à 3, 5 et 9). Les chambres de mélange sont ainsi traversées de part en part 10 par le flux F 1 et les portions d'enveloppe 4' restantes perturbent très peu ledit flux. En variante, l'enveloppe 4' peut définir une forme extérieure profilée à propriétés aérodynamiques pour le corps allongé 4 et être pourvue d'ajours 9 débouchant côté amont, et/ou côté aval dudit corps allongé 4 15 s'étendant dans le segment de conduit 2, ou de manière tangentielle par rapport au flux F l du premier fluide gazeux (fig. 4, 6 et 8). La forme extérieure du corps 4 peut présenter en section une forme asymétrique (figures 1 à 6) ou symétrique (figures 8 et 9). Les chambres 4"' formées dans l'enveloppe 4' par séparation de 20 son volume interne sont ainsi soit ouvertes dans le sens du flux F 1 (figure 4), soit ouvertes à contre-flux (figure 6), soit ouvertes tangentiellement (figure 8) ou encore ouvertes dans toutes les directions (figure 9). De même, en fonction des perturbations et des conditions de mélange des flux recherchés, la ou chaque aile ou paroi de séparation 6, 6' 25 peut être positionnée soit sensiblement perpendiculairement par rapport à la direction du flux (F 1) du premier fluide gazeux, soit sensiblement de chant par rapport à la direction du flux (F 1) du premier fluide gazeux. Ces deux possibilités de dispositions des ailes 6, 6' par rapport au flux F l peuvent être illustrées par les figures 10 à 13, en considérant que 30 la direction D 1 de circulation du flux F l est soit perpendiculaire au plan de ces figures, soit parallèle à la platine de connexion 7 de la pièce rapportée considérée et située dans le plan de ces figures (les différentes possibilités pour la direction D 1 sont indiquées sur ces figures). Selon une autre variante encore de réalisation de l'invention, 35 ressortant par exemple de la figure 7, il peut être prévu que le corps creux 4 de la pièce rapportée 3 comporte au moins une première aile ou paroi de séparation 6 divisant le flux F2 du second fluide gazeux en au moins deux -7- flux secondaires et au moins une seconde aile ou paroi de séparation 6 divisant les flux secondaires issus de la division préalable du flux F2 en des flux tertiaires, ces deux types d'ailes ou de parois 6 s'étendant dans des plans sécants, par exemple perpendiculaires entre eux, au moins certaines desdites ailes ou parois 6 présentant une extrémité courbe formant déflecteur. Comme le montrent également les figures 7A et 7B, certaines de ces ailes 6 peuvent être situées sur la face extérieure du corps creux 4. De manière avantageuse, la pièce rapportée 3 est une pièce monobloc moulée en un matériau choisi dans le groupe formé par les polymères thermodurcissables et les polymères thermoplastiques, par exemple à cristaux liquides, ladite pièce 3 étant éventuellement préassemblée avec une partie constitutive du segment de conduit 2, avant formation de ce dernier. Conformément à une application préférentielle de l'invention, le segment de conduit 2 dans lequel circule le premier fluide gazeux est une portion d'un circuit de circulation d'air, par exemple un conduit d'amenée ou d'entrée d'air d'un répartiteur d'admission, et la pièce rapportée 3 est reliée à un circuit de recirculation de gaz EGR. La présente invention a également pour objet un répartiteur d'admission pour moteur à combustion interne comportant un segment de conduit d'amenée d'air frais pourvu d'une ouverture latérale pour l'injection de gaz EGR, qui intègre un dispositif 1 d'injection et de diffusion tel que décrit précédemment. Enfin, l'invention vise aussi une pièce monobloc destinée à l'injection et à la diffusion d'un flux gazeux dans un dispositif tel que décrit ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle présente un corps creux allongé 4 avec une enveloppe ajourée 4' et au moins une paroi interne 6 séparant au moins une partie du volume intérieur dudit corps creux 4. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1) Dispositif d'injection et de diffusion d'un flux d'un second fluide gazeux dans le flux d'un premier fluide gazeux, le premier fluide circulant dans un segment de conduit et l'injection du second fluide s'effectuant selon une direction inclinée par rapport à la direction de circulation du premier fluide, ledit dispositif comprenant une pièce rapportée avec un corps creux de forme allongée, montée par introduction dans une ouverture latérale du segment de conduit et qui fait saillie dans le volume intérieur délimité par ledit segment de conduit, en étant exposé au flux du premier fluide, dispositif (1) caractérisé en ce que le corps allongé (4) de ladite pièce (3) rapportée comporte au moins une paroi ou aile de séparation (6, 6') divisant le flux injecté (F2) du second fluide gazeux, et/ou le flux (F 1) du premier fluide, en au moins deux flux secondaires respectifs et en ce que ledit corps creux (4) comprend une enveloppe ajourée (4') autorisant une mise en contact et un mélange entre les premier et second fluides gazeux. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite ou chaque aile ou paroi de séparation (6, 6') est située et configurée de telle manière qu'elle sépare le flux (F 1) du premier fluide et/ou le flux (F2) du second fluide avant leur contact et mélange mutuels, le corps creux (4) présentant une structure rectiligne ou courbe, de même que ladite ou chaque aile ou paroi de séparation (6, 6'). 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps creux (4) de ladite pièce rapportée (3), comprenant l'enveloppe (4') ajourée et ladite au moins une paroi (6, 6') de séparation de flux, est réalisé d'un seul tenant avec une partie de connexion (7) assurant un montage calé et préférentiellement étanche de la pièce rapportée (3) dans l'ouverture latérale (5) du segment de conduit (2) et fournissant une ouverture d'injection (8) pour le second fluide, éventuellement pourvue d'un site de raccordement d'un conduit ou analogue. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie de connexion (7) consiste en une collerette formée sur une extrémité du corps allongé (4) et comprenant une première portion (7') destinée à s'engager de manière ajustée par emboîtement dans l'ouverture latérale (5) du segment de conduit (2) et une seconde portion (7") formant plaque-9- d'appui et de fixation, s'étendant latéralement au-delà de la première portion (7') et destinée à venir en appui extérieur sur la paroi du segment de conduit (2) autour de l'ouverture latérale (5). 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps creux allongé (4) de la pièce rapportée (3) s'étend transversalement dans le volume intérieur du segment de conduit (2), préférentiellement au moins jusqu'à la moitié de la largeur dudit segment, et en étant positionné selon une direction inclinée, éventuellement sensiblement orthogonale, par rapport à la direction du flux (F 1) du premier fluide gazeux. 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le corps allongé (4) s'étend jusqu'à proximité immédiate de la région (5') de la paroi du segment de conduit (2) opposée à l'ouverture (5) de montage de la pièce rapportée (3), le cas échéant jusqu'à venir en contact avec cette région (5'), par exemple au niveau d'un site de réception coopérant, à configuration adaptée, formé au niveau de cette région. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps allongé (4) de la pièce rapportée (3) comporte au moins une paroi de séparation (6) interne s'étendant préférentiellement sur toute la longueur dudit corps (4) et divisant le volume interne (4") délimité par l'enveloppe (4') en au moins deux chambres (4"'), dont chacune communique avec l'extérieur par l'intermédiaire d'au moins un ajour (9) de l'enveloppe ajourée (4'). 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps creux allongé (4) de la pièce rapportée (3) comporte au moins deux parois de séparation (6), rectilignes ou incurvées, parallèles entre elles ou non et divisant le flux (F2) du second fluide gazeux en au moins deux flux secondaires, injectés directement dans le volume interne du segment de conduit (2) et/ou dans une chambre (4"') communiquant avec ledit volume interne. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps creux allongé (4) de la pièce rapportée (3) comporte au moins une paroi, interne ou externe, de séparation (6') pour le flux (F 1) du premier fluide et au moins une paroi, interne ou externe, de séparation (6) pour le flux (F2) du second fluide, ces parois (6 et 6') étant éventuellement au moins partiellement confondues.-10- 10) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite au moins une paroi (6') de séparation du flux (F 1) et ladite au moins une paroi (6) de séparation du flux (F2) sont toutes situées à l'intérieur du corps creux allongé (4), ces parois (6 et 6') présentant des dispositions mutuellement inclinées l'une par rapport à l'autre, la ou chaque paroi (6') de séparation du flux (F 1) du premier fluide étant associée à un ajour (9) de l'enveloppe (4') formant ouverture d'entrée pour ledit premier fluide dans le corps creux allongé (4). 11) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la ou chaque paroi (6') de séparation pour le flux (F 1) du premier fluide est constituée par une portion de l'enveloppe ajourée (4') du corps creux (4). 12) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1, caractérisé en ce que l'enveloppe ajourée (4') définit une forme extérieure profilée à propriétés aérodynamiques pour le corps allongé (4) et est pourvue d'ajours (9) réparties sur toute sa surface, notamment situées côté amont et côté aval dudit corps allongé (4) s'étendant dans le segment de conduit (2), au moins certains de ces ajours (9) étant éventuellement disposés en regard deux par deux. 13) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'enveloppe ajourée (4') définit une forme extérieure profilée à propriétés aérodynamiques pour le corps allongé (4) et est pourvue d'ajours (9) débouchant côté amont et/ou côté aval dudit corps allongé (4) s'étendant dans le segment de conduit (2), ou de manière tangentielle par rapport au flux (F1) du premier fluide gazeux. 14) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la ou chaque aile de séparation (6, 6') est positionnée sensiblement perpendiculairement par rapport à la direction du flux (F 1) du premier fluide gazeux. 15) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la ou chaque aile de séparation (6, 6') est positionnée sensiblement de chant par rapport à la direction du flux (F 1) du premier fluide gazeux. 16) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le corps creux (4) de la pièce rapportée (3) comporte au moins une première aile ou paroi de séparation (6) divisant le flux (F2) du second fluide gazeux en au moins deux flux secondaires et au moins une seconde aile ou paroi de séparation (6) divisant les flux secondaires issus de-11- la division préalable du flux (F2) en des flux tertiaires, ces deux types d'ailes ou de parois (6) s'étendant dans des plans sécants, par exemple perpendiculaires entre eux, au moins certaines desdites ailes ou parois (6) présentant une extrémité courbe formant déflecteur. 17) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que la pièce rapportée (3) est une pièce monobloc moulée en un matériau choisi dans le groupe formé par les polymères thermodurcissables et les polymères thermoplastiques, par exemple à cristaux liquides, ladite pièce (3) étant éventuellement préassemblée avec une partie constitutive du segment de conduit (2), avant formation de ce dernier. 18) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le segment de conduit (2) dans lequel circule le premier fluide gazeux est une portion d'un circuit de circulation d'air, par exemple un conduit d'amenée ou d'entrée d'air d'un répartiteur d'admission, et en ce que la pièce rapportée (3) est reliée à un circuit de recirculation de gaz EGR. 19) Répartiteur d'admission pour moteur à combustion interne comportant un segment de conduit d'amenée d'air frais pourvu d'une ouverture latérale pour l'injection de gaz EGR, répartiteur caractérisé en ce qu'il intègre un dispositif (1) d'injection et de diffusion selon l'une quelconque des revendications 1 à 18. 20) Pièce monobloc destinée à l'injection et à la diffusion d'un flux gazeux dans un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisée en ce qu'elle présente un corps creux allongé (4) avec une enveloppe ajourée (4') et au moins une paroi interne (6) séparant au moins une partie du volume intérieur dudit corps creux (4).