Brevet FR3010134A1 — publié le 20150306

Dispositif perfectionné de purification de gaz d'échappement de moteur à combustion interne La présente invention concerne un dispositif de purification de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, par exemple de véhicule automobile ou de tout autre véhicule terrestre, maritime ou aéronautique, ou encore d'un moteur n'équipant pas un véhicule. On connaît déjà, dans l'état de la technique, un dispositif de purification de gaz d'échappement, comprenant : - un conduit amont dans lequel est logé un premier organe de purification de gaz d'échappement, - un conduit aval dans lequel est logé un second organe de purification de gaz d'échappement, le conduit amont et le conduit aval étant disposés l'un parallèlement à l'autre, - un volume présentant une entrée de gaz d'échappement communiquant avec le conduit amont et une sortie de gaz d'échappement communiquant avec le conduit aval, et - un dispositif injecteur, propre à injecter dans le volume, sous forme liquide, un jet d'un produit réducteur des oxydes d'azote. Un tel dispositif de purification est notamment connu d'après DE-10 2010 014 037. Ce dispositif comporte notamment un élément déflecteur placé dans le volume en regard de l'entrée de gaz d'échappement. Un tel élément déflecteur permet de perturber l'écoulement des gaz d'échappement, afin d'assurer une bonne dispersion du produit réducteur qui y est injecté. On connaît également des dispositifs de purification, comportant un élément déflecteur agencé dans le volume sur l'entrée de gaz. De tels dispositifs de l'état de la technique créent une contre-pression relativement élevée dans la ligne d'échappement. L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient, en fournissant un dispositif de purification dans lequel la contre-pression est réduite. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un dispositif de purification de gaz d'échappement, comprenant : - un conduit amont dans lequel est logé un premier organe de purification de gaz d'échappement, - un conduit aval dans lequel est logé un second organe de purification de gaz d'échappement, le conduit amont et le conduit aval étant disposés sensiblement parallèlement l'un à l'autre, - un volume présentant une entrée de gaz d'échappement communiquant avec le conduit amont et une sortie de gaz d'échappement communiquant avec le conduit aval, - un dispositif injecteur propre à injecter, sous forme liquide, dans le volume, un jet d'un produit réducteur d'oxydes d'azote, caractérisé en ce que le volume comporte : - une première zone de vaporisation du produit réducteur, comportant l'entrée de gaz, le dispositif injecteur étant agencé pour injecter le produit réducteur dans cette première zone, cette première zone étant dépourvue d'élément déflecteur de gaz d'échappement, - une seconde zone de mélange, comportant la sortie de gaz, et - des moyens de déflexion du gaz d'échappement, agencés entre la première zone et la seconde zone. Contrairement à un dispositif de purification de l'état de la technique, le produit réducteur est injecté dans une première zone du volume qui est dépourvue d'élément déflecteur, si bien que, dans cette première zone, le gaz d'échappement est peu ou pas perturbé. Le gaz d'échappement est en revanche perturbé dans la seconde zone de mélange, de sorte que le produit réducteur y soit bien réparti dans ce gaz d'échappement. Cette configuration, qui dissocie la vaporisation de liquide et le mélange du liquide dans le gaz, permet de réduire la contre-pression. Un dispositif de purification selon l'invention peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables. - Le dispositif de purification comporte au moins au moins un impacteur agencé dans une direction d'injection du dispositif injecteur, de manière à intercepter au moins une partie du jet de produit réducteur. - L'impacteur comprend une surface d'impact tournée vers le dispositif injecteur, et une surface de guidage adjacente à la surface d'impact, destinée à guider le produit réducteur vers un flux de gaz d'échappement. - Le dispositif de purification comporte au moins deux, par exemple trois, impacteurs, agencés de manière à intercepter ensemble tout le jet de produit réducteur. - Les moyens de déflexion comportent au moins un élément déflecteur présentant une paroi inclinée pour appliquer un changement de direction et/ou une perturbation à un flux de gaz d'échappement circulant dans le volume. -Les moyens de déflexion comprennent un premier élément déflecteur et un second élément déflecteur, tels que : le premier élément déflecteur est agencé en amont du second élément déflecteur, le premier élément déflecteur présente une première paroi inclinée, destinée à dévier le gaz d'échappement en direction du second élément déflecteur, et le second élément déflecteur présente une seconde paroi inclinée, destinée à dévier le gaz d'échappement. - Les moyens de déflexion comprennent au moins deux, par exemple trois, déflecteurs, comprenant chacun une paroi inclinée destinée à dévier le gaz d'échappement, les déflecteurs étant agencés de sorte que leurs parois inclinées sont parallèles. - Les moyens de déflexion comportent une grille formée par des premiers éléments agencés sensiblement parallèlement les uns par rapport aux autres, et des seconds éléments, agencés sensiblement parallèlement les uns par rapport aux autres et sensiblement perpendiculairement aux premiers éléments. - Les premiers éléments étant espacés les uns des autres d'une distance prédéfinie dans une direction parallèle aux seconds éléments, chaque premier élément présente une dimension, dans ladite direction, au moins égale à 50% de ladite distance prédéfinie. - La grille comprend au moins une surface d'obturation, s'étendant entre deux seconds éléments adjacents, s'étendant sur une partie de la longueur de ces deux seconds éléments adjacents. - Les moyens de déflexion comprennent un premier élément déflecteur comprenant une rangée de premiers éléments sensiblement trapézoïdaux, chaque couple de premiers éléments trapézoïdaux adjacents délimitant entre eux un premier passage de gaz d'échappement sensiblement triangulaire. - Les moyens de déflexion comprennent un second élément déflecteur, agencé en aval du premier élément déflecteur, comprenant une rangée de seconds éléments sensiblement trapézoïdaux, inversés par rapport aux premiers éléments trapézoïdaux, chaque couple de seconds éléments trapézoïdaux adjacents délimitant entre eux un second passage de gaz d'échappement sensiblement triangulaire, et chaque second élément trapézoïdal étant agencé en regard d'un premier passage respectif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'un ensemble de purification selon un premier exemple de mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle en perspective d'un volume équipant le dispositif de purification de la figure 1 ; - les figures 3 à 7 sont des vues partielles en perspective d'un volume, respectivement selon des deuxième à sixième modes de réalisation de l'invention. On a représenté, sur la figure 1, un dispositif 10 de purification de gaz d'échappement provenant d'un moteur thermique, par exemple un moteur de véhicule automobile. Par exemple, le dispositif 10 est destiné à la purification de gaz d'échappement provenant d'un moteur diesel. Le dispositif de purification 10 comporte un conduit amont 12, dans lequel est logé un premier organe 14 de purification des gaz d'échappement, un conduit aval 16 dans lequel est logé un second organe 18 de purification des gaz d'échappement, et un volume 20 comprenant une entrée de gaz d'échappement 22 communiquant avec le conduit amont 12 et une sortie 24 de gaz d'échappement communiquant avec le conduit aval 16. Le dispositif de purification 10 comporte par ailleurs un dispositif injecteur 26, adapté pour injecter un jet de produit réducteur, notamment d'une solution aqueuse d'urée, dans le volume 20. Le conduit amont 12 s'étend en longueur le long d'un premier axe central X, et il est raccordé vers l'amont à un collecteur d'échappement (non représenté) qui collecte les gaz d'échappement sortant de chambres de combustion du moteur thermique. D'autres équipements sont éventuellement interposés entre le conduit amont et le collecteur d'échappement, par exemple un turbo compresseur. Le premier organe de purification 14 est un premier catalyseur d'oxydation pour moteur diesel (DOC). Il est agencé à l'intérieur du conduit amont 12 de telle sorte que le gaz d'échappement circulant depuis le collecteur d'échappement jusqu'à l'entrée 22 passe à travers ce premier catalyseur 14. Ce premier catalyseur 14 présente une face de sortie par laquelle les gaz d'échappement quittent le catalyseur. Cette phase de sortie coïncide sensiblement avec l'entrée 22. Le conduit amont 12 débouche directement dans l'entrée 22, ou, en variante, la phase de sortie est décalée vers l'amont, légèrement à distance de l'entrée 22. Par ailleurs, le conduit aval 16 s'étend en longueur le long d'un second axe central Y, et il est raccordé vers l'aval à une canule d'échappement (non représentée) par laquelle les gaz d'échappement sont relargués dans l'atmosphère après purification. D'autres équipements, tels que des silencieux, sont éventuellement intercalés entre le conduit aval et la canule d'échappement. Le second organe de purification 18 est un second catalyseur, par exemple un catalyseur tel que celui connu sous le nom de SCR (acronyme anglais pour Selective Catalytic Reduction), SCRF (Selective Catalytic Reduction on Filter) ou SDPF (Selective Diesel Particulate Filter). Le second catalyseur 18 est agencé dans le conduit aval 16 de manière à ce que les gaz d'échappement sortant par la sortie 24 et circulant vers la canule passent à travers ce second catalyseur SCR 18. Le second catalyseur 18 présente une face d'entrée, par laquelle les gaz d'échappement pénètrent à l'intérieur de ce second catalyseur 18. Cette face d'entrée coïncide sensiblement avec la sortie 24, ou en variante est décalée le long du conduit aval, à distance de cette sortie 24. En variante, un filtre à particules ou un autre catalyseur est interposé entre la sortie 24 et le catalyseur 18. Le conduit amont 12 et le conduit aval 16 sont sensiblement parallèles l'un par rapport à l'autre, et sont juxtaposés l'un à côte de l'autre. En d'autres termes, leurs axes centraux respectifs X et Y sont sensiblement parallèles l'un par rapport à l'autre. Ainsi, les gaz d'échappement circulent dans des sens opposés l'un à l'autre à travers le premier catalyseur 14 et à travers le second catalyseur 18. Ainsi, un tel dispositif de purification 10 est dit présenter une forme en U. Par les termes « sensiblement parallèles », on entend que les axes centraux X, Y sont parallèles, ou qu'ils définissent entre eux un angle inférieur à 15°. Le volume 20 est destiné à guider les gaz d'échappement depuis l'entrée 22 jusqu'à la sortie 24. Il comporte un corps 28, également appelé lunette, et un capot 30 rapporté sur la lunette 28. Ladite lunette 28 est par exemple une pièce métallique emboutie, et délimite entièrement la sortie 24 et au moins une partie de l'entrée 22. Une autre partie de l'entrée 22 est alors délimitée par le capot 30. L'entrée 22 et la sortie 24 sont par exemple circulaires. Elles sont avantageusement situées dans un même plan, ou en variante dans deux plans parallèles l'un par rapport à l'autre et légèrement décalés l'un par rapport à l'autre. La lunette 28 présente une forme allongée suivant une direction principale passant par les centres respectifs de l'entrée 22 et de la sortie 24. L'entrée 22 et la sortie 24 occupent alors deux extrémités de la lunette 28. L'entrée 22 occupe sensiblement toute une première extrémité de la lunette 28, et la sortie 24 occupe de même toute une seconde extrémité de la lunette 28. La lunette 28 comporte par ailleurs une partie centrale pleine, entre l'entrée et la sortie. La largeur de cette partie centrale, prise parallèlement à la direction principale, dépend de l'écartement entre les conduits amont 12 et aval 16. Le capot 30 est avantageusement une pièce métallique emboutie, de forme concave, présentant une ouverture délimitée par un bord périphérique 32. La lunette 28 ferme cette ouverture, un bord périphérique de cette lunette étant assemblé de manière étanche audit bord périphérique 32. Par exemple, ces bords périphériques sont soudés l'un à l'autre de manière étanche. On a représenté sur la figure 2 un exemple de capot 30 d'un dispositif de purification de gaz selon un premier exemple de mode de réalisation de l'invention. Ce capot 30 délimite le volume 20 de façon à y définir une première zone 34 de vaporisation du produit réducteur, comprenant l'entrée de gaz 22, et dans laquelle le dispositif injecteur 26 est propre à injecter le produit réducteur. Cette première zone de vaporisation 34 est dépourvue d'élément déflecteur de gaz d'échappement, de sorte que le gaz d'échappement est peu perturbé dans cette première zone. En particulier, l'entrée de gaz 22 est dépourvue d'élément déflecteur. On rappellera qu'on considère qu'un élément est un élément déflecteur lorsqu'il présente une influence notable sur le flux de gaz d'échappement, c'est-à-dire qu'il impose un changement de direction à ce flux, ou y induit d'importantes perturbations. Le capot 30 définit par ailleurs une seconde zone de mélange 36, comprenant la sortie de gaz 24. Des moyens 38 de déflection du gaz d'échappement sont agencés entre la première 34 et la seconde 36 zones. Ainsi, ladite première zone de vaporisation 34 s'étend entre l'entrée de gaz 22 et les moyens de déflection de gaz 38, et la seconde zone de mélange 36 s'étend entre les moyens de déflection 38 et la sortie 24. Conformément à ce premier mode de réalisation, les moyens de déflection 38 comportent au moins un impacteur 40, agencé dans une direction d'injection du dispositif injecteur 26, de manière à intercepter au moins une partie du jet de produit réducteur. Plus particulièrement, dans cet exemple, le dispositif de purification 10 comporte trois impacteurs 40, agencés de manière à intercepter chacun une partie du jet de produit réducteur, et ensemble l'intégralité du jet de produit réducteur. Chaque impacteur 40 peut comprendre par exemple une surface d'impact 42, tournée vers le dispositif injecteur 26, et une surface de guidage 44 adjacente à la surface d'impact 42, destinée à guider le produit réducteur vers un flux de gaz d'échappement. Lorsque le jet de produit réducteur est projeté contre les surfaces d'impact 42, ce jet se disperse sous forme de fines gouttelettes. Les gaz d'échappement provenant de l'entrée 22 avec une vitesse élevée balayent les impacteurs 40, en emportant les gouttelettes. Par ailleurs, les moyens de déflection 38 comportent avantageusement au moins un élément déflecteur 46, présentant une paroi inclinée, propre à imposer un changement de direction et/ou une perturbation au flux de gaz d'échappement circulant dans le volume 20. Ainsi, le gaz d'échappement arrivant dans la zone de mélange 36 est perturbé, ce qui favorise la dispersion des gouttelettes de produit réducteur dans ce gaz d'échappement. On a représenté sur la figure 3 un capot 30 selon un deuxième exemple de mode de réalisation de l'invention. Sur cette figure, les éléments analogues à ceux des figures précédentes sont désignés par des références identiques. Conformément à ce deuxième exemple de mode de réalisation, les moyens de déflexion 38 comportent deux impacteurs 40 agencés l'un à côté de l'autre, laissant un passage de gaz entre eux, et un élément déflecteur 46 agencé en regard de ce passage. Cet élément déflecteur 46 est similaire à celui du premier mode de réalisation. De même, chaque impacteur 40 est similaire à ceux du premier mode de réalisation. Par ailleurs, le capot 30 présente, dans ladite seconde zone de mélange 36, une rampe 47 en forme de spirale, permettant d'imposer une rotation aux gaz d'échappement, afin de former un vortex améliorant le mélange avec les gouttelettes. Dans ce cas, l'élément déflecteur 46 est orienté vers cette rampe 47, afin de dévier les gaz d'échappement vers cette rampe 47. Conformément à un troisième exemple de mode de réalisation, représenté sur la figure 4, les moyens de déflection 38 comprennent un premier élément déflecteur 46A et un second élément déflecteur 46B, tels que le premier élément déflecteur 46A est agencé en amont du second élément déflecteur 46B. Le premier élément déflecteur 46A présente une première paroi inclinée destinée à dévier les gaz d'échappement vers le second élément déflecteur 46B, et le second élément déflecteur 46B présente une seconde paroi inclinée destinée à dévier les gaz d'échappement. La présence de deux éléments déflecteurs 46A, 46B au lieu d'un seul permet d'améliorer la perturbation du flux de gaz. Conformément à un quatrième exemple de mode de réalisation, représenté sur la figure 5, les moyens de déflection 38 comprennent au moins deux, par exemple trois éléments déflecteurs 46, comprenant chacun une paroi inclinée destinée à dévier les gaz d'échappement. Ces éléments déflecteurs 46 étant agencés de sorte que leurs parois inclinées sont parallèles entre elles. Par exemple, les éléments déflecteurs 46 sont formés par une plaque dans laquelle des languettes sont découpées, chaque languette formant un élément déflecteur 46. La découpe de ces éléments déflecteurs 46 forme des ouvertures dans la plaque, autorisant le passage des gaz d'échappements. Deux ouvertures adjacents sont séparées par un montant, ces montants formant des obstacles pour les flux de gaz, et ayant donc pour effet de perturber les flux de gaz. Conformément à un cinquième exemple de mode de réalisation, représenté sur la figure 6, les moyens de déflection 38 comportent une grille 48. Ladite grille 48 est formée par des premiers éléments 50, agencés les uns sensiblement parallèlement aux autres, et des seconds éléments 52 agencés sensiblement parallèlement les uns par rapport aux autres et sensiblement perpendiculairement aux premiers éléments 50. Avantageusement, les premiers éléments 50 sont espacés les uns des autres d'une distance prédéfinie dans une direction parallèle aux seconds éléments 52, chaque premier élément présentant une dimension, dont ladite direction, au moins égale à 50% de ladite distance prédéfinie. Ainsi, ces premiers éléments 50 présentent une largeur suffisante pour former un obstacle aux flux de gaz, et permettent donc de perturber ces flux de gaz. Par ailleurs, de préférence, la grille 48 comprend au moins une surface d'obturation 54, s'étendant entre deux seconds éléments 52 adjacents, et s'étendant selon une partie de la longueur de ces seconds éléments adjacents 52. Chaque surface d'obturation 54 forme également un obstacle permettant de perturber les flux de gaz. Conformément à un sixième exemple de mode de réalisation, représenté sur la figure 7, les moyens de déflection 38 comprennent un premier élément déflecteur 53A comprenant une rangée d'éléments 54 sensiblement trapézoïdaux, chaque couple de premiers éléments trapézoïdaux adjacents 54 délimitant entre eux un premier passage de gaz d'échappement 56 sensiblement triangulaire. Les moyens de déflection 38 comprennent par ailleurs un second élément déflecteur 53B, agencé en aval du premier élément déflecteur 53A, comprenant une rangée de seconds éléments sensiblement trapézoïdaux 58, inversés par rapport aux premiers éléments trapézoïdaux 54, chaque couple de seconds éléments trapézoïdaux adjacents 58 délimitant entre eux un second passage 60 de gaz d'échappement sensiblement triangulaire. Chaque second élément trapézoïdal 58 est alors agencé en regard d'un premier passage 56 respectif. On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, mais pourrait présenter diverses variantes sans sortir du cadre des revendications. En particulier, on pourrait prévoir d'autres formes de moyens de déflection 38. En outre, les différents aspects des modes de réalisation décrits précédemment peuvent être combinés. REVENDICATIONS1. Dispositif (10) de purification de gaz d'échappement, comprenant : - un conduit amont (12) dans lequel est logé un premier organe (14) de purification de gaz d'échappement, - un conduit aval (16) dans lequel est logé un second organe (18) de purification de gaz d'échappement, le conduit amont (12) et le conduit aval (14) étant disposés sensiblement parallèlement l'un à l'autre, - un volume (20) présentant une entrée (22) de gaz d'échappement communiquant avec le conduit amont (12) et une sortie (24) de gaz d'échappement communiquant avec le conduit aval (16), - un dispositif injecteur (26) propre à injecter, sous forme liquide, dans le volume, un jet d'un produit réducteur d'oxydes d'azote, caractérisé en ce que le volume (20) comporte : - une première zone (34) de vaporisation du produit réducteur, comportant l'entrée de gaz (22), le dispositif injecteur (26) étant agencé pour injecter le produit réducteur dans cette première zone (34), cette première zone (34) étant dépourvue d'élément déflecteur de gaz d'échappement, - une seconde zone de mélange (36), comportant la sortie de gaz, et - des moyens (38) de déflexion du gaz d'échappement, agencés entre la première zone (34) et la seconde zone (36). 2. Dispositif de purification (10) selon la revendication 1, comportant au moins au moins un impacteur (40) agencé dans une direction d'injection du dispositif injecteur (26), de manière à intercepter au moins une partie du jet de produit réducteur. 3. Dispositif de purification (10) selon la revendication 2, dans lequel l'impacteur (40) comprend une surface d'impact (42) tournée vers le dispositif injecteur (26), et une surface de guidage (44) adjacente à la surface d'impact (42), destinée à guider le produit réducteur vers un flux de gaz d'échappement. 4. Dispositif de purification (10) selon la revendication 3, comportant au moins deux, par exemple trois, impacteurs (40), agencés de manière à intercepter ensemble tout le jet de produit réducteur. 5. Dispositif de purification (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens de déflexion (38) comportent au moins un élément déflecteur (46) présentant une paroi inclinée pour appliquer un changement de direction et/ou une perturbation à un flux de gaz d'échappement circulant dans le volume (20). 6. Dispositif de purification (10) selon la revendication 5, dans lequel les moyens de déflexion (38) comprennent un premier élément déflecteur (46A) et un second élément déflecteur (46B), tels que : - le premier élément déflecteur (46A) est agencé en amont du second élément déflecteur (46B), - le premier élément déflecteur (46A) présente une première paroi inclinée, destinée à dévier le gaz d'échappement en direction du second élément déflecteur (46B), - le second élément déflecteur (46B) présente une seconde paroi inclinée, destinée à dévier le gaz d'échappement. 7. Dispositif de purification (10) selon la revendication 5, dans lequel les moyens de déflexion (38) comprennent au moins deux, par exemple trois, déflecteurs (46), comprenant chacun une paroi inclinée destinée à dévier le gaz d'échappement, les déflecteurs (46) étant agencés de sorte que leurs parois inclinées sont parallèles. 8. Dispositif de purification (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens de déflexion (38) comportent une grille (48) formée par des premiers éléments (50) agencés sensiblement parallèlement les uns par rapport aux autres, et des seconds éléments (52), agencés sensiblement parallèlement les uns par rapport aux autres et sensiblement perpendiculairement aux premiers éléments (50). 9. Dispositif de purification (10) selon la revendication 8, dans lequel, les premiers éléments (50) étant espacés les uns des autres d'une distance prédéfinie dans une direction parallèle aux seconds éléments (52), chaque premier élément (50) présente une dimension, dans ladite direction, au moins égale à 50% de ladite distance prédéfinie. 10. Dispositif de purification (10) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la grille (48) comprend au moins une surface d'obturation (54), s'étendant entre deux seconds éléments (52) adjacents, s'étendant sur une partie de la longueur de ces deux seconds éléments adjacents (52). 11. Dispositif de purification (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens de déflexion (38) comprennent un premier élément déflecteur (53A) comprenant une rangée de premiers éléments (54) sensiblement trapézoïdaux, chaque couple de premiers éléments trapézoïdaux (54) adjacents délimitant entre eux un premier passage (56) de gaz d'échappement sensiblement triangulaire. 12. Dispositif de purification (10) selon la revendication 11, dans lequel les moyens de déflexion (38) comprennent un second élément déflecteur (53B), agencé en aval du premier élément déflecteur (53A), comprenant une rangée de seconds éléments (58) sensiblement trapézoïdaux, inversés par rapport aux premiers éléments trapézoïdaux (54), chaque couple de seconds éléments trapézoïdaux adjacents (58) délimitant entreeux un second passage (60) de gaz d'échappement sensiblement triangulaire, et chaque second élément trapézoïdal (58) étant agencé en regard d'un premier passage (56) respectif.