Brevet FR3105015A1 — publié le 20210625

TITRE : Mélangeur de post traitement de gaz d’échappement L’invention concerne un mélangeur (1) de post traitement de gaz d’échappement pour mélanger le gaz d’échappement avec un réducteur, tel un fluide d’échappement diesel pour réduction catalytique sélective, comprenant une chambre de mélange (2) au travers de laquelle le gaz d’échappement circule, depuis une entrée (4) jusqu’à une sortie (5), et un pulvérisateur (3) de réducteur, apte à pulvériser un réducteur dans la chambre de mélange (2), où la chambre de mélange (2) comprend une canalisation (6) rectiligne selon un axe (A) et le pulvérisateur (3) est disposé en partie amont de la canalisation (6) rectiligne et orienté de manière à pulvériser vers l’aval sensiblement parallèlement à l’axe (A). Figure pour l'abrégé : Figure 1 Mélangeur de post traitement de gaz d’échappement L’invention concerne le domaine des lignes d’échappement disposée en aval de moteur à combustion interne et plus particulièrement un mélangeur de post traitement. Il est connu pour neutraliser les polluants et plus particulièrement les oxydes d’azotes, NOx, présents dans un gaz d’échappement de moteur à combustion interne d’utiliser un mélangeur en amont d’un catalyseur. Un mélangeur est un dispositif dans lequel le gaz d’échappement circule depuis une entrée jusqu’à une sortie. Lors de cette circulation, le mélangeur ajoute un réducteur au gaz d’échappement. Ce réducteur ou fluide réducteur pour réduction catalytique sélective, RSC, ou SCR (de l’anglais selective catalyst reduction) est encore désigné DEF (de l’anglais Diesel Exhaust Fluid) ou sous le nom commercial AdBlue. Il peut s’agir d’une solution aqueuse d’urée ou d’une solution gazeuse d’ammoniac. Le mélange gaz d’échappement additionné de réducteur est ensuite dirigé vers un catalyseur qui peut efficacement réduire le mélange. Pour que la réduction dans le catalyseur se déroule bien, il convient que le mélangeur réalise un mélange le plus homogène possible et avec une proportion constante. Aussi il convient d’adapter le débit massique de fluide réducteur au débit massique de gaz d’échappement. Le problème que rencontre nombre de mélangeurs existants est que l’augmentation du débit massique de fluide réducteur, s’accompagne d’une augmentation de la puissance de pulvérisation, qui entraîne un risque de dépôt du fluide réducteur sur une paroi du mélangeur. Un tel dépôt est préjudiciable en ce qu’il retarde le mélange, en plus de risquer d’encrasser le mélangeur, et modifie ainsi dans le temps la proportion du mélange. Afin de résoudre ce problème, le mélangeur selon l’invention propose de disposer une canalisation suffisamment longue pour que la pulvérisation du fluide réducteur, même aux plus forts débits massiques ne puisse atteindre une paroi du mélangeur. Pour cela, l’invention a pour objet un mélangeur de post traitement de gaz d’échappement pour mélanger le gaz d’échappement avec un réducteur, tel un fluide d’échappement diesel pour réduction catalytique sélective, comprenant une chambre de mélange au travers de laquelle le gaz d’échappement circule, depuis une entrée jusqu’à une sortie, et un pulvérisateur de réducteur, apte à pulvériser le réducteur dans la chambre de mélange, où la chambre de mélange comprend une canalisation rectiligne selon un axe et le pulvérisateur est disposé en partie amont de la canalisation rectiligne et orienté de manière à pulvériser vers l’aval sensiblement parallèlement à l’axe. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - le mélangeur conformé pour être disposé en amont d’au moins un monolithe, préférentiellement au moins deux, sensiblement cylindrique, disposé perpendiculairement à l’axe et la longueur de la canalisation rectiligne est comprise entre le diamètre d’un monolithe et la somme des diamètres dudit au moins un monolithe augmentée de 50%, - le mélangeur comprend encore un déflecteur sensiblement en forme de « U », l’entrée étant disposée à l’extérieur d’une des branches du « U » et la sortie étant disposée au fond du « U », de manière à former une circulation de gaz en trois parties : une première partie longeant une première branche du « U » par l’extérieur et reliant l’entrée avec la base du « U », une deuxième partie, formant la canalisation rectiligne, longeant une deuxième branche du « U » par l’extérieur et reliant la base du « U » avec l’extrémité de la deuxième branche du « U » et une troisième partie longeant les branches du « U » par l’intérieur et reliant l’extrémité de la deuxième branche du « U » avec la sortie, - le déflecteur comprend encore une troisième branche, connectée à l’extrémité de la première branche et longeant la canalisation rectiligne jusqu’au pulvérisateur, - le déflecteur comprend encore un couvercle supérieur reliant toutes ses branches, - la chambre de mélange est conformée selon une boîte, comprenant deux faces sensiblement planes et sensiblement parallèles entre elles, et un flanc périphérique présentant un contour fermé et s’étendant d’une face à l’autre, le déflecteur reliant les deux faces et ayant sa première branche étendue jusqu’à l’intérieur du flanc, - l’entrée est disposée dans le flanc périphérique ou dans une des faces, - la sortie est disposée dans un des faces, - l’entrée et la sortie sont disposées dans une même face. Dans un deuxième aspect de l’invention, une ligne d’échappement comprenant un tel mélangeur. Dans un troisième aspect de l’invention, un véhicule comprenant une telle ligne d’échappement. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : montre un mode de réalisation, couvercle retiré, en vue perspective, montre le mode de réalisation de la figure 1, couvercle en place, en vue perspective. En référence à la figure 1, un mélangeur 1 est représenté avec son couvercle 15, 16 retiré. La circulation du gaz d’échappement est figurée par une flèche épaisse. Le gaz d’échappement entre par l’entrée 4, avec une circulation, dans le plan de la figure, de bas en haut. L’entrée 4, ici cylindrique, débouche dans la chambre de mélange 2. Le gaz d’échappement circule au travers de la chambre de mélange 2 jusqu’à atteindre la sortie 5, avec une circulation, dans le plan de la figure, de haut en bas. Le mélangeur 1, à l’exclusion de son entrée 4 et de sa sortie 5 est totalement étanche au gaz. Afin de réaliser le mélange du gaz d’échappement avec le réducteur, tel un fluide d’échappement diesel pour réduction catalytique sélective, le mélangeur 1 comprend encore un pulvérisateur 3 de réducteur. Ce pulvérisateur 3 est apte à pulvériser le réducteur dans la chambre de mélange 2. Selon une caractéristique, la chambre de mélange 2 est conformée de manière à comprendre une canalisation 6 rectiligne. Dans l’exemple illustré, cette canalisation 6 est ménagée entre une paroi d’une pièce 7 interne et une surface intérieure d’une autre pièce, par exemple une paroi 16, ici appartenant à l’enveloppe externe du mélangeur 1 et plus particulièrement au couvercle 15, 16, retiré à la figure 1. Cette canalisation 6 est rectiligne d’axe A. Le pulvérisateur 3 est disposé en partie amont, relativement au sens de circulation du gaz d’échappement, de la canalisation 6 rectiligne. Le pulvérisateur est orienté de manière à ce que son jet de pulvérisation soit dirigé vers l’aval, sensiblement parallèlement à l’axe A de la canalisation 6 rectiligne. Ainsi le jet de pulvérisation est aligné avec l’axe A qui est une direction qui présente une distance libre, sans obstacle, importante. Ceci réduit nettement les risques de rencontre entre le jet de pulvérisation et une paroi du mélangeur 2 en vis à vis. De plus, le gaz d’échappement accompagne et encadre le jet de pulvérisation le long de la canalisation 6 rectiligne, réalisant un guidage contribuant encore à réduire les risques de rencontre entre le jet de pulvérisation et une paroi du mélangeur 2, latérale à la canalisation 6 rectiligne. A l’extrémité aval de la canalisation 6, le réducteur est totalement mélangé avec le gaz d’échappement. Aussi le réducteur ne risque plus de se déposer contre la paroi dans le virage qui suit. Afin d’améliorer l’effet recherché la canalisation 6 est la plus longue possible. Ainsi, en fonction des contraintes de forme du mélangeur 1, la disposition de la canalisation 6 dans la chambre de mélange 2, est telle qu’elle maximise la longueur de la canalisation 6. Ceci peut être fait par un emploi de la plus grande dimension du mélangeur 2. Selon une autre caractéristique, au moins un composant de post traitement, communément appelé monolithe 17, 18 est disposé à l’aval du mélangeur 1. Un tel monolithe 17, 18 est typiquement un catalyseur traitant le mélange réalisé par le mélangeur 1. Un tel monolithe 17, 18 présente une forme sensiblement cylindrique et est disposé, au niveau de la sortie 5, perpendiculairement à l’axe A. Aussi le diamètre et le nombre du ou des monolithes 17, 18 dimensionne le mélangeur 1 et contraint la longueur de la canalisation 6 rectiligne. La longueur de la canalisation 6 rectiligne peut alors être comprise entre le diamètre d’un monolithe 17, 18 et la somme des diamètres dudit au moins un monolithe 17, 18 augmentée de 50%. Ainsi par exemple pour deux monolithes 17, 18, de diamètre 266 mm, la longueur de la canalisation 6 rectiligne peut être de 600 mm. Selon une autre caractéristique, le mélangeur 1 comprend encore un déflecteur 7. Ce déflecteur 7, sensiblement en forme de « U », permet, avec l’enveloppe externe 14, 15, 16 du mélangeur 1 de former la canalisation 6 rectiligne. En effet, l’entrée 4 est disposée à l’extérieur du « U », plus précisément à l’extérieur d’une première branche 11 du « U ». La sortie 5 est disposée au fond du « U ». Il est ainsi formé une circulation de gaz en trois parties successives 8-10. Dans une première partie 8 le gaz, qu’il s’agisse du gaz d’échappement seul ou mélangé avec le réducteur, circule depuis l’entrée 4 jusqu’à la base 13 du « U ». Pour ce faire il longe une première branche 11 du « U » par l’extérieur. Dans une deuxième partie 9 le gaz circule depuis la base 13 du « U » jusqu’à l’extrémité d’une deuxième branche 12 du « U ». Pour ce faire il longe la deuxième branche 12 du « U », toujours par l’extérieur. Cette deuxième partie 9 forme la canalisation 6 rectiligne. Cette deuxième partie 9 est encadrée par la surface extérieure de la deuxième branche 12 du « U » à gauche et par une surface intérieure de la chambre de mélange 2 à droite, ces deux surfaces étant sensiblement parallèles et sensiblement rectilignes. Enfin, après avoir contourné l’extrémité de la deuxième branche 12 du « U », le gaz circule dans une troisième partie 10 depuis l’extrémité de la deuxième branche 12 du « U » jusqu’à la sortie 5. Pour ce faire il entre dans le « U » et longe les branches 11, 12 du « U » par l’intérieur, jusqu’à la sortie 5, disposée au fond du « U ». Le « U » permet de diriger la circulation de gaz selon une spirale, ici convergente, depuis une entrée 4 extérieure vers une sortie 5 intérieure. Il est alternativement possible d’inverser en réalisant une spirale divergente, par exemple en inversant entrée 4 et sortie 5. Ici la spirale tourne en sens antihoraire. Elle pourrait aussi bien tourner en sens horaire. Selon une autre caractéristique (non représentée), le déflecteur 7 est encore prolongée, de manière à former un escargot, poursuivant la spirale. Pour cela le déflecteur 7 comprend encore une troisième branche, connectée à l’extrémité de la première branche 11 et longeant la canalisation 6 rectiligne par l’extérieur jusqu’au pulvérisateur 3. Relativement au mode de réalisation illustré, où la canalisation 6 est bordée par le flanc 16 appartenant au couvercle, le fait de réaliser une troisième branche intégrée au déflecteur 7 permet d’obtenir une meilleure étanchéité. Selon une autre caractéristique (non représentée), le déflecteur 7 comprend encore un couvercle supérieur reliant toutes ses branches 11, 12, soit la première branche 11, la deuxième branche 12 et l’éventuelle troisième branche. Relativement au mode de réalisation illustré, où les trois parties 8-10 sont fermées par la face supérieure 15 appartenant au couvercle, le fait de réaliser un couvercle intégré au déflecteur 7 permet d’obtenir une meilleure étanchéité. Selon une autre caractéristique, plus particulièrement visible aux figures 1-2, la chambre de mélange 2 présente la forme d’une boîte. Cette boîte comprend deux faces 14, 15 sensiblement planes et sensiblement parallèles entre elles. La première face 14 est le fond de la boîte. La seconde face 15 est portée par le couvercle 15, 16, retiré à la figure 1. Un flanc 16 périphérique, conformé selon un contour fermé et s’étendant d’une face 14, 15 à l’autre complète la boîte. Le flanc 16 est sensiblement perpendiculaire au deux faces 14, 15. Le flanc 16 est ici, lui aussi, porté par le couvercle 15, 16. Le déflecteur 7, à l’instar du flanc 16, est sensiblement perpendiculaire aux deux faces 14, 15 et s’étend d’une face 14, 15 à l’autre. La première branche 11 du déflecteur 7 se prolonge de manière à venir en contact avec l’intérieur du flanc 16, de manière à empêcher le gaz de contourner l’extrémité de la première branche 11. Le pulvérisateur 3 est disposé à l’amont de la canalisation 6 rectiligne, avantageusement dans le flanc 16. Du fait de sa disposition extérieure, l’entrée 4 peut être disposée sensiblement en tout point du mélangeur 1. Aussi, selon une autre caractéristique, l’entrée 4 est disposée dans le flanc 16 périphérique ou dans une des faces 14,15. Du fait de sa disposition intérieure, la sortie 5 doit occuper une position plus centrale, relativement à la spirale. Aussi, selon une autre caractéristique, la sortie 5 est disposée dans une des faces 14, 15. Il est avantageux, pour pouvoir faciliter l’intégration du mélangeur 1 de pouvoir le disposer en un point de retournement ou de changement de sens de la circulation. Aussi selon une autre caractéristique, l’entrée 4 et la sortie 5 sont disposées dans une même face. Ceci permet encore de simplifier le fond 14 ou comme illustré la face supérieure 15 et le couvercle en n’y disposant ni l’entrée 4, ni la sortie 5. L’invention concerne encore une ligne d’échappement comprenant un tel mélangeur 1. L’invention concerne encore un véhicule comprenant une telle ligne d’échappement. L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. 1 : mélangeur, 2 : chambre de mélange, 3 : pulvérisateur, 4 : entrée, 5 : sortie, 6 : canalisation, 7 : déflecteur, 8 : 1ère partie, 9 : 2ème partie, 10 : 3ème partie, 11 : 1ère branche, 12 : 2ème branche, 13 : base, 14 : 1ère face, 15 : 2ème face, 16 : flanc, 17, 18 : monolithe, A : axe de la canalisation et axe de pulvérisation. Mélangeur (1) de post traitement de gaz d’échappement pour mélanger le gaz d’échappement avec un réducteur, tel un fluide d’échappement diesel pour réduction catalytique sélective, comprenant une chambre de mélange (2) au travers de laquelle le gaz d’échappement circule, depuis une entrée (4) jusqu’à une sortie (5), et un pulvérisateur (3) de réducteur, apte à pulvériser le réducteur dans la chambre de mélange (2), caractérisé en ce que la chambre de mélange (2) comprend une canalisation (6) rectiligne selon un axe (A) et le pulvérisateur (3) est disposé en partie amont de la canalisation (6) rectiligne et orienté de manière à pulvériser vers l’aval sensiblement parallèlement à l’axe (A). Mélangeur (1) selon la revendication précédente, conformé pour être disposé en amont d’au moins un monolithe (17, 18), préférentiellement au moins deux, sensiblement cylindrique, disposé perpendiculairement à l’axe (A) et où la longueur de la canalisation (6) rectiligne est comprise entre le diamètre d’un monolithe (17, 18) et la somme des diamètres dudit au moins un monolithe (17, 18) augmentée de 50%. Mélangeur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant encore un déflecteur (7) sensiblement en forme de « U », l’entrée (4) étant disposée à l’extérieur d’une première branche (11) du « U » et la sortie (5) étant disposée au fond du « U », de manière à former une circulation de gaz en trois parties successives : une première partie (8) longeant la première branche (11) du « U » par l’extérieur et reliant l’entrée (4) avec la base (13) du « U », une deuxième partie (9), formant la canalisation (6) rectiligne, longeant une deuxième branche (12) du « U » par l’extérieur et reliant la base (13) du « U » avec l’extrémité de la deuxième branche (12) du « U » et une troisième partie (10) longeant les branches (11, 12) du « U » par l’intérieur et reliant l’extrémité de la deuxième branche (12) du « U » avec la sortie (5). Mélangeur (1) selon la revendication précédente, où le déflecteur (7) comprend encore une troisième branche, connectée à l’extrémité de la première branche (11) et longeant la canalisation (6) rectiligne jusqu’au pulvérisateur (3). Mélangeur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le déflecteur (7) comprend encore un couvercle supérieur reliant toutes ses branches (11, 12). Mélangeur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où la chambre de mélange (2) est conformée selon une boîte, comprenant deux faces (14, 15) sensiblement planes et sensiblement parallèles entre elles, et un flanc (16) périphérique présentant un contour fermé et s’étendant d’une face (14, 15) à l’autre, le déflecteur (7) s’étendant d’une face (14, 15) à l’autre et ayant sa première branche (11) étendue jusqu’à l’intérieur du flanc (16). Mélangeur (1) selon la revendication précédente, où l’entrée (4) est disposée dans le flanc (16) périphérique ou dans une des faces (14, 15). Mélangeur (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, où la sortie (5) est disposée dans une des faces (14, 15). Mélangeur (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, où l’entrée (4) et la sortie (5) sont disposées dans une même face. Ligne d’échappement comprenant un mélangeur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Véhicule comprenant une ligne d’échappement selon la revendication précédente.