Brevet FR2975727A1 — publié le 20121130

DISPOSITIF DE MELANGE D'UN ADDITIF A L'ETAT LIQUIDE DANS UN GAZ D'ECHAPPEMENT, PROCEDE ASSOCIE ET LIGNE D'ECHAPPEMENT COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de mélange d'un additif à l'état liquide dans un gaz d'échappement produit par un moteur thermique d'un véhicule automobile, ledit dispositif comprenant successivement, dans le sens d'écoulement du gaz d'échappement dans une ligne d'échappement du véhicule : un premier conduit d'échappement de la ligne d'échappement ; un injecteur de l'additif à l'état liquide à l'intérieur du premier conduit d'échappement ; un flexible de la ligne d'échappement muni d'une paroi ondulée ; et un second conduit de la ligne d'échappement. L'invention concerne en outre un procédé de mélange d'un additif à l'état liquide dans un gaz d'échappement produit par un moteur thermique d'un véhicule automobile ainsi qu'une ligne d'échappement d'un tel véhicule automobile, munie d'un dispositif de mélange tel que ci-dessus. ART ANTERIEUR Un moteur thermique d'un véhicule automobile produit, d'une part, de l'énergie et, d'autre part, des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement sont transportés depuis le moteur vers l'extérieur du véhicule au moyen d'une ligne d'échappement. La ligne d'échappement a plusieurs fonctions. Ces fonctions sont essentiellement : de réduire la vitesse des gaz d'échappement, de réduire la température des gaz d'échappement, de diminuer les nuisances sonores dues à l'échappement des gaz et, enfin, de diminuer la quantité d'éléments toxiques contenus dans ces gaz. En vue de diminuer la quantité d'éléments toxiques dans les gaz d'échappement, on soumet les constructeurs automobiles à de nouvelles normes dites anti-pollution. Quatre polluants sont particulièrement réglementés par ces normes et, notamment, par les normes Euro IV, V, VI, et VII. Il s'agit des hydrocarbures (HC), des oxydes de carbones (CO, : CO et CO2), des oxydes d'azotes (NO, : NO et NO2) et des particules de suie. Les normes précitées, de plus en plus sévères, 10 exigent l'installation de dispositifs de post-traitement dans la ligne d'échappement du moteur. La figure 1 illustre un exemple de réalisation d'une ligne d'échappement 1 d'un moteur thermique 2 selon l'art antérieur. Cette ligne d'échappement 1 comprend 15 différentes parties reliées les unes aux autres par des conduits. Ces différentes parties sont successivement, dans le sens d'écoulement des gaz 3 d'échappement, depuis le moteur thermique 2 vers l'extérieur du véhicule : une turbine 4 de turbocompresseur, un catalyseur d'oxydation 20 5, un injecteur 6 d'un additif 7 à l'état liquide, un système de réduction catalytique sélective (ou catalyseur SCR 8), et un filtre à particules 9. Communément, la turbine 4 du turbocompresseur assure une suralimentation du moteur 2. Le catalyseur 25 d'oxydation 5 permet notamment l'oxydation des NO et CO contenus dans les gaz 3 d'échappement. L'additif 7 à l'état liquide comprend un agent réducteur des oxydes d'azotes, à savoir un agent chargé en ammoniac. Il s'agit par exemple de la solution aqueuse d'urée commercialisée 30 sous la marque AdBlueTM. Le catalyseur SCR 8 assure une réduction des oxydes d'azote NOx en diazote et en eau. Le filtre à particules 9 filtre les particules de suies contenues dans les gaz 3 d'échappement. L'additif 7 à l'état liquide est injecté directement 35 dans le flux des gaz 3 d'échappement. Il est vaporisé dans ce flux. Ainsi vaporisé, l'additif 7 se mélange aux gaz 3 d'échappement et se décompose alors totalement ou partiellement jusqu'à l'entrée dans le catalyseur SCR 8. En pratique, l'efficacité de la catalyse dépend de l'homogénéité du mélange des gaz 3 d'échappement avec l'additif 7. La ligne d'échappement 1 est suspendue au châssis (non représenté) du véhicule automobile, par des moyens de liaison, par exemple des sangles métalliques et/ou des plots de suspension. Elle doit donc supporter des variations et/ou débattements, qui résultent notamment d'accélérations verticales et/ou horizontales du véhicule, de changements de vitesse, voire de dilatations thermiques. De manière à pouvoir compenser ces variations et/ou débattements, la ligne d'échappement 1 comprend avantageusement un conduit flexible de découplage dénommé flexible 10. Le flexible 10 est défini par une paroi qui présente, au moins sur sa face intérieure, des ondulations. Ces ondulations résultent par exemple d'un gainage interne en feuilles métalliques du flexible. Ce gainage interne est communément appelé agrafé. L'injection de l'additif 7 est parfois réalisée en amont du flexible 11. A ce moment, l'énergie thermique des gaz 3 d'échappement est suffisante pour favoriser la vaporisation de l'additif. Néanmoins, l'injection en amont du flexible favorise la cristallisation de l'urée dans les ondulations de sa paroi. Le flexible s'encrasse, sa flexibilité diminue, ce qui peut conduire, dans des cas extrêmes, à la rupture du flexible. En vue de limiter l'encrassement du flexible 10, et faciliter son nettoyage, on a imaginé employer des flexibles sans agrafé. La paroi interne du flexible 11 est alors léchée par les gaz 3 d'échappement chauds, ce qui limite la cristallisation de l'urée contenue dans l'additif 7. Toutefois, les gaz d'échappement, dont les lignes de flux sont sensiblement linéaires en entrée du flexible, tourbillonnent ensuite à l'intérieur de celui-ci selon un mouvement régulier, qui provoque des bruits clairement audibles, en pratique des sifflements. Ainsi que cela est montré à la figure 2, de manière à limiter ces sifflements, on a imaginé positionner un rétreint 12 à l'entrée du flexible 10. Ce rétreint 10 permet de décoller le flux des gaz 3 d'échappement de la paroi ondulée du flexible 10. L'utilisation de ce rétreint 12 diminue certes la nuisance sonore mais ne la supprime pas. De plus, à cause de ce rétreint, les gaz d'échappement chauds ne lèchent plus suffisamment la paroi ondulée du flexible qui s'encrasse plus rapidement. RESUME DE L'INVENTION Compte tenu de ce qui précède, un problème que se propose de résoudre l'invention est de réaliser un dispositif de mélange d'un additif à l'état liquide dans un gaz d'échappement qui permette de limiter les sifflements dus aux tourbillons réguliers du gaz dans un flexible de la ligne d'échappement tout en ne favorisant pas l'encrassement de celui-ci. La solution de l'invention concerne, selon un premier aspect, un dispositif de mélange d'un additif à l'état liquide dans un gaz d'échappement produit par un moteur thermique d'un véhicule automobile, ledit dispositif comprenant successivement, dans le sens d'écoulement du gaz d'échappement dans une ligne d'échappement du véhicule : un premier conduit d'échappement de la ligne d'échappement ; un injecteur de l'additif à l'état liquide dans le premier conduit d'échappement ; un flexible de la ligne d'échappement muni d'une paroi ondulée ; et un second conduit de la ligne d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un mixeur de l'additif à l'état liquide dans le gaz d'échappement, ce mixeur étant positionné, dans le sens d'écoulement du gaz d'échappement, en amont du flexible, entre l'injecteur et ledit flexible. Elle concerne, selon un deuxième aspect, un procédé de mélange d'un additif à l'état liquide dans un gaz d'échappement produit par un moteur thermique d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes selon lesquelles : on fournit une ligne d'échappement comprenant successivement, dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement, un premier conduit d'échappement, un injecteur de l'additif à l'état liquide dans le premier conduit d'échappement, un flexible de la ligne d'échappement muni d'une paroi ondulée, un second conduit de la ligne d'échappement, entre l'injecteur et ledit flexible, et un mixeur de l'additif à l'état liquide, ce mixeur étant positionné, dans le sens d'écoulement du gaz d'échappement, en amont du flexible, entre l'injecteur et ledit flexible ; et le mixeur mixe l'additif à l'état liquide dans le gaz d'échappement. Elle concerne, selon un troisième aspect, une ligne 30 d'échappement d'un véhicule automobile comprenant un dispositif de mélange tel que défini ci-dessus. De manière avantageuse, - le mixeur est un mixeur à hélices ; - le mixeur est un mixeur à lamelles ; - des premières lamelles du mixeur dévient le flux de gaz 35 entrant dans le mixeur dans une première direction, tandis que des deuxièmes lamelles du mixeur dévient le flux de gaz entrant dans le mixeur dans une seconde direction différente de la première direction ; - le mixeur vaporise l'additif à l'état liquide dans le gaz d'échappement ; le mixeur génère des turbulences dans le flux de gaz d'échappement ; - les turbulences sont des turbulences aérauliques aléatoires. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description non limitative qui suit, rédigée au regard des dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 illustre une ligne d'échappement selon un art antérieur ; la figure 2 illustre un flexible précédé d'un rétreint selon un art antérieur ; la figure 3 illustre un dispositif de mélange selon l'invention ; la figure 4 illustre les turbulences générées par un 20 mixeur selon l'invention ; et la figure 5 illustre un mixeur à lamelles pour la mise en oeuvre de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 25 La figure 3 illustre un dispositif 100 de mélange d'un additif à l'état liquide 101 dans un gaz d'échappement 102 produit par un moteur thermique d'un véhicule automobile selon l'invention. Ce dispositif comporte une entrée 103 et une sortie 104. 30 Le gaz d'échappement 102 est guidé de l'entrée 103, au travers d'un premier conduit 105 de la ligne d'échappement, d'un flexible 106, puis d'un second conduit 107 de ladite ligne d'échappement, jusqu'à la sortie 104. Dans un exemple, les premier et second conduits 105, 107 sont des conduits métalliques rigides sensiblement cylindriques. L'additif 101 est injecté dans le premier conduit 105 au moyen d'un injecteur 108. Typiquement, l'injecteur 108 vaporise l'additif à l'état liquide 101 dans le flux gazeux des gaz d'échappement circulant dans le premier conduit 105 du dispositif selon l'invention. Le flexible 106 est disposé en aval du premier conduit 105. Il prolonge ce conduit 105 en liaison étanche. Ce flexible est sensiblement cylindrique et déformable à la manière d'un soufflet, selon les contraintes imposées à la ligne d'échappement. Il présente une paroi ondulée. En l'absence de contrainte, l'axe du flexible est sensiblement colinéaire à l'axe du premier conduit 105. Il est de même sensiblement colinéaire à l'axe du second conduit 107. Enfin, le second conduit 107 prolonge le flexible 106 de manière étanche et guide le mélange gazeux vers la sortie 104 du dispositif. Selon l'invention, le dispositif 100 comporte en outre un mixeur 109. Ainsi que cela est montré plus en détails à la figure 4, le mixeur 109 est disposé dans le premier conduit 105, en aval de l'injecteur. Le mixeur mixe l'additif 101 injecté dans le flux sensiblement linéaire des gaz d'échappement. Grâce au mixeur, l'additif est vaporisé en très fines gouttelettes dans le flux gazeux. L'additif est dit atomisé dans ce flux gazeux. La répartition desdites gouttelettes, brassées dans ce flux gazeux, est ainsi plus homogène. Un avantage de cette homogénéisation est une diminution voire une suppression de l'encrassement du flexible due à une cristallisation de l'additif à l'état liquide sur sa paroi Par ailleurs, le mixeur 109 génère des turbulences 35 en aval, dans le flexible 106, de sorte que les lignes de courant de gaz d'échappement ne présentent pas le mouvement rotatif régulier décrit dans le préambule de la présente demande. Le gain acoustique du mixeur provient de la perte de charge utile, qui tend à diminuer la vitesse des gaz ce qui diminue le niveau de bruit global de l'échappement. Différents mixeurs sont susceptibles d'être mis en oeuvre dans l'invention. Il s'agit, selon un premier mode de réalisation, de mixeurs à hélices. De tels mixeurs ne sont pas préférés. En effet, ils n'engendrent pas de turbulences suffisantes du mélange gazeux. Certes, les mixeurs à hélices permettent d'homogénéiser la distribution du NH3 issu de l'évaporation des gouttes. Néanmoins, selon l'invention, sur le plan de l'acoustique, il est préférable que le mixeur assure en outre une dé-linéarisation du flux gazeux en aval. C'est la raison pour laquelle, selon l'invention, les mixeurs sont avantageusement des mixeurs du type à lamelles alternées. De tels mixeurs dévient une partie du flux gazeux entrant dans une première direction, par exemple vers le haut, et une autre partie du flux gazeux dans une seconde direction différente de la première direction, par exemple vers le bas, et cela plusieurs fois sur la surface de passage des gaz. Ainsi, les colonnes de gaz ascendantes et descendantes s'impactent l'une avec l'autre générant des turbulences aléatoires. On notera que, pour de tels mixeurs, il est également possible de paramétrer la longueur des lamelles afin d'amplifier ou non les turbulences. A la figure 5, les lamelles d'un mixeur à lamelles alternées sont illustrées orientées selon deux orientations, une première orientation horizontale et une seconde orientation verticale. Selon une première variante de réalisation de l'invention, les lamelles orientées selon la première orientation horizontale dévient le flux gazeux entrant en un premier flux dirigé vers la paroi ondulée du flexible, tandis que les lamelles orientées selon la seconde orientation verticale dévient le flux selon un second flux gazeux en direction de l'axe du conduit flexible. Les turbulences aérauliques aléatoires sont alors générées par impact du premier flux avec le second. Selon une seconde variante de réalisation de l'invention, les lamelles orientées selon la première orientation horizontale dévient le flux de gaz entrant en un premier flux rotatif autour de l'axe du flexible, tandis que les lamelles orientées selon la seconde orientation dévient le flux gazeux entrant selon un deuxième flux rotatif autour de l'axe du flexible et en sens directement opposé audit premier sens de rotation du premier flux rotatif. Les turbulences aérauliques aléatoires sont alors générées par impact du premier flux avec le second. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, la répartition des lamelles dans le mixeur n'est pas uniforme. Elle peut être même aléatoire. Ceci crée des turbulences aérauliques aléatoires. Aléatoire peut notamment signifier qu'un couple de lignes de courant du mélange gazeux, notamment parallèles en amont du mixeur, perd la particularité du parallélisme de ces deux lignes en aval du mixeur. Autrement dit, si le flux du mélange gazeux est linéaire en amont du mixeur, il ne l'est plus en aval de celui-ci. De même, si le flux du mélange gazeux est non-linéaire en amont du mixeur alors il ne l'est pas non plus en aval. Une conséquence de cet effet, est une perte de charge du flux du mélange gazeux. Cette perte de charge a pour conséquence de diminuer voire supprimer le sifflement des gaz d'échappement dans le flexible. L'augmentation des turbulences peut avoir pour effet supplémentaire d'augmenter la vaporisation de l'additif à l'état liquide. On notera qu'une approche numérique comparant différents types de mixeurs avec analyse des lignes de flux en sortie de ceux-ci permet de sélectionner les mixeurs préférés pour la mise en oeuvre de l'invention. Les mixeurs sélectionnés sont tels que deux lignes de courant de gaz parallèle en entrée ne puissent l'être en sortie avant au moins la moitié de la longueur du flexible de franchie. Une ligne d'échappement telle que décrite dans le préambule de la présente demande, en relation avec la figure 1, comprenant notamment un flexible 10 notamment sans agrafé entre deux conduits rigides ainsi qu'un injecteur 6 d'un additif 7 à l'état liquide en amont du flexible 10, peut ainsi être équipée d'un mixeur 109 en aval de l'injecteur, en amont du flexible. Une telle ligne d'échappement permet donc de limiter l'encrassement du flexible tout en supprimant le sifflement du mélange gazeux ainsi formé à l'intérieur de celui-ci. Une telle ligne d'échappement permet en outre d'améliorer le traitement des gaz d'échappement notamment vis-à-vis des oxydes d'azote, car le mélange gazeux est homogénéisé par l'utilisation du mixeur. REVENDICATIONS1. Dispositif (100) de mélange d'un additif (101) à l'état liquide dans un gaz d'échappement (102) produit par un moteur thermique d'un véhicule automobile, ledit dispositif comprenant successivement, dans le sens d'écoulement du gaz d'échappement dans une ligne d'échappement du véhicule : un premier conduit (105) d'échappement de la ligne d'échappement ; un injecteur (108) de l'additif à l'état liquide 10 dans le premier conduit d'échappement ; un flexible (106) de la ligne d'échappement muni d'une paroi ondulée ; et un second conduit (107) de la ligne d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend en outre 15 un mixeur (109) de l'additif à l'état liquide dans le gaz d'échappement, ce mixeur étant positionné, dans le sens d'écoulement du gaz d'échappement, en amont du flexible, entre l'injecteur et ledit flexible. 20 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mixeur (109) est un mixeur à hélices. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mixeur (109) est un mixeur à lamelles (110). 25 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que des premières lamelles (110) du mixeur (109) dévient le flux de gaz entrant dans le mixeur dans une première direction, tandis que des deuxièmes lamelles du 30 mixeur dévient le flux de gaz entrant dans le mixeur dans une seconde direction différente de la première direction. 5. Procédé de mélange d'un additif (101) à l'état liquide dans un gaz d'échappement (102) produit par un moteur thermique d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes selon lesquelles : on fournit une ligne d'échappement comprenant successivement, dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement, un premier conduit d'échappement (105), un injecteur (108) de l'additif à l'état liquide dans le premier conduit d'échappement, un flexible (109) de la ligne d'échappement muni d'une paroi ondulée, un second conduit (107) de la ligne d'échappement, entre l'injecteur et ledit flexible, et un mixeur (109) de l'additif à l'état liquide, ce mixeur étant positionné, dans le sens d'écoulement du gaz d'échappement, en amont du flexible, entre l'injecteur et ledit flexible ; et le mixeur mixe l'additif à l'état liquide dans le gaz d'échappement. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le mixeur (109) vaporise l'additif à l'état liquide dans le gaz d'échappement. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le mixeur (109) génère des 25 turbulences dans le flux de gaz d'échappement. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les turbulences sont des turbulences aérauliques aléatoires. 9. Ligne d'échappement comprenant un dispositif selon l'une des revendications 1 à 4. 30