Brevet FR2966513A1 — publié le 20120427

DISPOSITIF D'INTRODUCTION D'UN FLUIDE DANS UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT, ENSEMBLE ET VEHICULE AUTOMOBILE COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF [0001] L'invention porte sur le domaine des systèmes d'introduction d'un fluide dans un conduit d'échappement d'un moteur à combustion. Elle porte en particulier sur le domaine de l'introduction d'une solution d'urée par un injecteur, dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion. [0002] Les émissions de gaz polluants par un moteur à combustion, notamment dans une application à un véhicule automobile, sont réglementées par des normes de plus en plus sévères. Ces normes portent notamment sur le niveau d'émission d'oxydes d'azote (ou NOx). [0003] Afin de réduire les émissions d'oxydes d'azote, on connaît un dispositif de réduction catalytique, appelé dispositif de réduction catalytique sélective des oxydes d'azotes, qui consiste à les faire réagir sur un catalyseur spécifique installé dans la ligne d'échappement du moteur, à l'aide d'un agent réducteur introduit dans la ligne en amont du catalyseur. [0004] On emploie indifféremment l'expression « réduction catalytique sélective » ou l'acronyme SCR (de l'anglais « selective catalytic reduction »). [0005] On emploie couramment une solution d'urée en tant que précurseur d'ammoniac, qui agit en tant qu'agent réducteur pour la SCR. La solution d'urée est introduite à l'aide d'un injecteur dans la ligne d'échappement du moteur équipé, en amont d'un catalyseur SCR. L'urée présente néanmoins l'inconvénient de cristalliser à des conditions de température (autour de 200°C) et de pression présentes dans la ligne d'échappement. Ainsi, des cristaux d'urée risque d'obstruer l'injecteur de solution d'urée, ou à tout le moins d'en perturber le fonctionnement, en limitant son débit ou en modifiant la forme de son cône d'injection (forme du spray en sortie d'injecteur). [0006] Un tel phénomène doit en conséquence être évité. [0007] Il est connu divers moyens pour limiter ce phénomène. [0008] Le premier consiste à essayer de conserver la buse de l'injecteur suffisamment froide pour demeurer sous la température de cristallisation de l'urée, soit par des moyens de refroidissement liquide ou par conduction du nez de l'injecteur, soit en maintenant la buse éloignée (en retrait) du flux gazeux chaud s'écoulant dans la ligne d'échappement. Cependant, des moyens de refroidissement sont complexes et coûteux à mettre en ceuvre, tandis que le fait d'éloigner l'injecteur nécessite un grand volume d'implantation et s'avère peu efficace, car on ne maitrise pas précisément la température et les phénomènes aérodynamiques dans la zone d'implantation de l'injecteur. [0009] Un autre moyen de limiter l'encrassement de la buse d'injecteur consiste à la placer au point le plus chaud possible, afin de la soumettre à une température de plus de 300°C, et ainsi vaporiser les cristaux qui auraient pu se former. Cette solution est cependant très contraignante pour l'injecteur, qui subit des contraintes thermiques importantes, et également en termes d'implantation, car la position de l'injecteur est contrainte par la recherche d'un point suffisamment chaud, alors même qu'une injection dans le même axe que celui d'implantation du catalyseur SCR est à privilégier. [0010] D'autres moyens forts complexes à mettre en ceuvre peuvent également être envisagés, comme des systèmes spécifiques de nettoyage de la buse. [0011] La demanderesse a déposé le 21 septembre 2010 la demande de brevet français enregistrée sous le numéro national 10.57534, qui divulgue un dispositif dans lequel l'encrassement de la buse est combattu en générant un courant de balayage du nez d'injecteur. [0012] On ne connaît donc pas dans l'état de la technique de moyen simple et pleinement satisfaisant pour lutter contre les causes mêmes du phénomène d'encrassement de l'injecteur par cristallisation du fluide introduit, notamment dans le cadre d'un système SCR. L'invention vise à l'obtention d'un tel moyen. [0013] Plus précisément l'invention porte sur un dispositif d'introduction d'un fluide dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion, comportant une portion de conduit d'échappement dotée d'un injecteur de fluide, d'un tronçon sensiblement cylindrique droit en aval de l'injecteur ; l'injecteur de fluide présentant un nez d'injecteur disposé coaxialement au tronçon droit de la portion de conduit, de sorte à injecter le fluide selon un cône d'axe central sensiblement colinéaire à l'axe central du tronçon droit, et comportant des moyens de déviation d'un flux gazeux disposés dans la portion de conduit et conformés pour générer un courant gazeux tourbillonnaire autour de l'axe central du cône d'injection. [0014] On oriente ainsi une part d'un flux de gaz d'échappement circulant dans la portion de conduit, générant un courant gazeux tourbillonnaire, (que l'on définit couramment par l'anglicisme « swirl ») sensiblement dans l'axe d'injection du fluide (axe central du cône d'injection de l'injecteur). Ce courant tourbillonnaire a pour effet de faciliter l'éjection du fluide injecté (typiquement de la solution d'urée) de la zone à proximité du nez d'injecteur (point d'introduction du fluide), et par conséquent évite un éventuel retour de fluide sur le nez. Cela évite le risque d'encrassement du nez par cristallisation d'une part du fluide introduit dans la ligne d'échappement. [0015] Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, les moyens de déviation comportent une déformation localisée d'une paroi de la portion de conduit. De préférence, la déformation comporte une cavité en forme de portion d'hélicoïde. [0016] La déformation peut être obtenue par des procédés bien connus, et notamment par emboutissage du conduit ou soudage d'une forme rapportée au conduit d'échappement. De préférence, la déformation est créée par emboutissage de la portion de conduit d'échappement, généralement constituée de deux demi-coquilles. L'avantage économique de ce mode de réalisation réside dans le fait que le courant tourbillonnaire est généré directement par des formes d'emboutissage et ne nécessite pas d'intégration de pièces complémentaires. En créant une forme de type hélicoïde afin de canaliser une partie des gaz échappements on oriente un courant gazeux tourbillonnaire dans l'axe d'injection d'urée, ce qui force l'évacuation du fluide introduit de la zone d'introduction de fluide. [0017] Selon un autre mode de réalisation, les moyens de déviation comportent un déflecteur rapporté dans la portion de conduit. [0018] Dans l'application préférentielle de l'invention, l'injecteur est un injecteur de solution d'urée. [0019] De préférence, un mélangeur est disposé dans le tronçon droit de la portion de conduit. Cela permet l'obtention rapide d'un mélange homogène entre les gaz d'échappement circulant dans le conduit et le fluide injecté. [0020] L'invention porte également sur un ensemble comportant un dispositif conforme à l'invention, et un catalyseur de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote. L'invention porte enfin sur un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un tel ensemble. C'est l'application préférentielle de l'invention, notamment dans le cadre d'un dispositif de dépollution des gaz d'échappement du véhicule, dispositif mettant en jeu un système de catalyse SCR. [0021] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence à la figure unique représentant schématiquement le système dans son mode de réalisation préférentiel. [0022] La figure 1 présente schématiquement en 3 dimensions et en transparence un dispositif conforme à la variante préférentielle de réalisation de l'invention. [0023] Dans l'invention, une portion de conduit d'échappement 1 est dotée d'un injecteur 2 de fluide, en l'occurrence un injecteur d'une solution d'urée pour la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote sur un catalyseur dédié. [0024] L'injecteur 2 est pourvu d'une extrémité par laquelle est réalisée l'injection : on parle du nez 21 de l'injecteur. [0025] Le nez 21 de l'injecteur 2 est positionné en retrait de la portion de conduit 1 dans un volume 3 communicant avec celle-ci. Ce volume 3 permet à l'injecteur de ne pas être directement implanté dans l'environnement très contraint thermiquement de l'intérieur de portion de conduit 1, dans laquelle circule un flux de gaz d'échappement d'un moteur thermique. [0026] Le flux de gaz d'échappement circule dans la portion de conduit d'une manière fortement canalisée par le conduit d'échappement, qui est généralement obtenu par emboutissage ou par soudage de tubes. Le but de l'invention est rempli par un dispositif conforme à cette dernière, lorsqu'un flux gazeux circule dans la portion de conduit selon un sens d'écoulement donné. L'expression sens d'écoulement donné désigne bien évidemment le fait que le flux gazeux entre dans la portion de conduit 1 par une extrémité d'entrée 11 pour ressortir par une extrémité de sortie 12 de ladite portion de conduit, ce qui définit de fait le sens d'écoulement du flux dans la portion de conduit 1 et les notions d« REVENDICATIONS: 1. Dispositif d'introduction d'un fluide dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion, comportant une portion de conduit d'échappement (1) dotée : - d'un injecteur (2) de fluide ; - d'un tronçon sensiblement cylindrique droit (13) en aval de l'injecteur ; l'injecteur de fluide (2) présentant un nez (21) d'injecteur disposé coaxialement au tronçon droit (13) de la portion de conduit (1), de sorte à injecter le fluide selon un cône d'axe central sensiblement colinéaire à l'axe central du tronçon droit (13), caractérisé par des moyens de déviation (4) d'un flux gazeux disposés dans la portion de conduit (1) et conformés pour générer un courant (C) gazeux tourbillonnaire autour de l'axe central du cône d'injection. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de déviation (4) comportent une déformation localisée d'une paroi de la portion de conduit (1). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la déformation comporte une cavité en forme de portion d'hélicoïde. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de déviation (4) comportent un déflecteur rapporté dans la portion de conduit (1). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'injecteur (2) est un injecteur de solution d'urée. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un mélangeur est disposé dans le tronçon droit (13) de la portion de conduit (1). 7. Ensemble comportant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes et un catalyseur de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote. 8. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble selon la revendication 7.