Brevet FR3136997A1 — publié le 20231229

Pulvérisateur de fluide réducteur L’invention concerne un pulvérisateur (1) de fluide réducteur (R), pour un mélangeur (2), apte à mélanger le fluide réducteur (R) avec des gaz d‘échappement circulant dans le mélangeur (2), comprenant une chambre de chauffe (3), une vanne d’entrée (4) apte à piloter une quantité de fluide réducteur (R) entrant dans la chambre de chauffe (3), une vanne de sortie (5) apte à piloter une quantité de fluide réducteur (R) sortant de la chambre de chauffe (3) et à pulvériser dans le mélangeur (2), un moyen thermique (6) apte à piloter une température de la chambre de chauffe (3) et un contrôleur (7) apte à déterminer des paramètres de contrôle (ΔTe, ΔTs, θ) en fonction des paramètres du jet de fluide réducteur pulvérisé (α, V, δ) souhaités. Figure pour l'abrégé : 1 Pulvérisateur de fluide réducteur L’invention concerne un pulvérisateur de fluide réducteur, tel de l’AUS32, pour un mélangeur, apte à mélanger le fluide réducteur avec des gaz d‘échappement circulant dans le mélangeur. Un tel pulvérisateur a pour fonction de pulvériser du fluide réducteur dans un mélangeur. Il comprend pour cela une buse apte à pulvériser le fluide réducteur, dans une chambre de mélange du mélangeur. Le mélangeur est intégré à une ligne d’échappement. Le mélangeur est parcouru par les gaz d’échappement, issus d’un moteur à combustion interne, qui circulent dans la chambre de mélange, afin d’être mélangés avec le fluide réducteur pulvérisé. Le fluide réducteur comprend de l’ammoniac sous forme gazeuse ou tout précurseur de l’ammoniac sous forme gazeuse ou liquide, tel que de l’urée. L’urée est préférentiellement sous forme d’une solution aqueuse d’urée, telle que de l’AUS32, encore dénommé DEF ou encore commercialement dénommé AdBlue®. Les caractéristiques d’un pulvérisateur sont le plus souvent fixées par les paramètres de conception du pulvérisateur et/ou du mélangeur. Ces paramètres sont les caractéristiques de la buse de pulvérisation, la pression de pulvérisation, le temps de pulvérisation ou la quantité de fluide réducteur pulvérisé et la température du fluide réducteur. Ces paramètres, généralement fixes, déterminent des caractéristiques fixes du jet de pulvérisation. Ceci est préjudiciable en ce que le flux de gaz d’échappement est variable. Un jet de pulvérisation fixe est avantageusement adapté à un flux de gaz d’échappement moyen. A faible régime moteur, un plus petit flux de gaz d’échappement est présent. Un jet de pulvérisation fixe a toutes les chances d’être trop fort et risque de traverser le flux de gaz d’échappement, d’atteindre une paroi opposée du mélangeur et, de manière préjudiciable, de s’y déposer, évitant de se mélanger au flux de gaz d’échappement. A fort régime moteur, un flux plus important de gaz d’échappement est présent. Un jet de pulvérisation fixe a toutes les chances d’être trop faible et risque de ne pas pénétrer assez le flux de gaz d’échappement et de mal s’y mélanger. Dans les deux cas, faible et fort régimes moteur, il est observé une perte d’efficacité du mélangeur. L’objet de l’invention vise à pouvoir modifier les caractéristiques du jet de pulvérisation, afin typiquement de pouvoir les adapter aux conditions de fonctionnement du moteur et notamment à son régime moteur, qui détermine les caractéristiques du flux de gaz d’échappement. Pour cela, l’invention a pour objet un pulvérisateur de fluide réducteur, pour un mélangeur, apte à mélanger le fluide réducteur avec des gaz d‘échappement circulant dans le mélangeur, comprenant une chambre de chauffe, une vanne d’entrée apte à piloter une quantité de fluide réducteur entrant dans la chambre de chauffe, une vanne de sortie apte à piloter une quantité de fluide réducteur sortant de la chambre de chauffe et à pulvériser dans le mélangeur, un moyen thermique apte à piloter une température de la chambre de chauffe et un contrôleur apte à déterminer des paramètres de contrôle en fonction des paramètres du jet de fluide réducteur pulvérisé souhaités. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - les paramètres de contrôle sont une durée d’ouverture de la vanne d’entrée, une durée d’ouverture de la vanne de sortie et une température de consigne du moyen thermique, - les paramètres du jet de fluide réducteur pulvérisé sont : un angle d’ouverture, une vitesse de pulvérisation et un taux de vapeur, - le contrôleur détermine les paramètres de contrôle en fonction des paramètres du jet de fluide réducteur pulvérisé souhaités, au moyen d’une table de correspondance prédéterminée, - la table de correspondance est prédéterminée par calibration au banc d’essai et/ou en simulation, - les paramètres du jet de fluide réducteur pulvérisé souhaités sont déterminés en fonction d’un débit et d’une température des gaz d’échappement. Selon un deuxième aspect de l’invention, un mélangeur de fluide réducteur comprenant un tel pulvérisateur. Selon un troisième aspect de l’invention, une ligne d’échappement comprenant un tel mélangeur. 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, en vue schématique, un pulvérisateur, au cours des 4 phases d’un cycle de pulvérisation, montre, un diagramme temporel, illustratif du cycle, montre un diagramme rappelant les caractéristiques du jet. En référence à la figue 1, illustrant un pulvérisateur 1 selon l’invention, dans quatre états E1-E4 successifs et récurrents d’un cycle de pulvérisation, l’invention concerne un pulvérisateur 1 de fluide réducteur R, tel de l’AUS32, pour un mélangeur 2, apte à mélanger le fluide réducteur R avec des gaz d‘échappement circulant dans le mélangeur 2. Un tel pulvérisateur 1 a pour fonction de pulvériser du fluide réducteur R dans un mélangeur 2. Il comprend pour cela une buse apte à pulvériser le fluide réducteur R, dans une chambre de mélange du mélangeur 2. Le mélangeur 2 est intégré à une ligne d’échappement. Le mélangeur 2 est parcouru par les gaz d’échappement, issus d’un moteur à combustion interne, qui circulent dans la chambre de mélange, afin d’être mélangés avec le fluide réducteur R pulvérisé. Le fluide réducteur R comprend de l’ammoniac sous forme gazeuse ou tout précurseur de l’ammoniac sous forme gazeuse ou liquide, tel que de l’urée. L’urée est préférentiellement sous forme d’une solution aqueuse d’urée, telle que de l’AUS32, encore dénommé DEF ou encore commercialement dénommé AdBlue. Afin de transformer le fluide réducteur R en ammoniac, plus facilement mélangeable avec les gaz d’échappement lors de la pulvérisation, le fluide réducteur R est avantageusement chauffé, en amont de sa pulvérisation, afin d’obtenir une vaporisation immédiate lors de la pulvérisation. Pour cela, le pulvérisateur 1 est équipé, de manière connue, d’une chambre de chauffe 3. Disposée en amont de la buse, la chambre de chauffe 3 permet de faire varier le taux de vapeur δ et la température θ du fluide réducteur R. Le pulvérisateur 1 comprend encore, en entrée de la chambre de chauffe 3, une vanne d’entrée 4 permettant de piloter la quantité de fluide réducteur R entrant dans la chambre de chauffe 3. La canalisation d’alimentation en fluide réducteur R de la chambre de chauffe 3 est en surpression relativement à la chambre de chauffe 3. Aussi, une entrée de fluide réducteur R se produit dès que la vanne d’entrée 4 est ouverte. Le pulvérisateur 1 comprend encore, en sortie de la chambre de chauffe 3, une vanne de sortie 5 permettant de piloter la quantité de fluide réducteur R sortant de la chambre de chauffe 3 et étant pulvérisée dans le mélangeur 2. La chambre de chauffe 3 est en surpression relativement au mélangeur 2. Aussi, une sortie de fluide réducteur R et sa pulvérisation se produit dès que la vanne de sortie 5 est ouverte. Le pulvérisateur 1 comprend encore un moyen thermique 6 apte à piloter la température de la chambre chauffe 3 et ainsi la température θ du fluide réducteur R contenu dans la chambre de chauffe 3. Tel qu’illustré à la , le cycle de pulvérisation se déroule selon quatre phases. Au cours d’une première phase T1, la vanne d’entrée 4 est seule ouverte afin de remplir, au moins partiellement, la chambre de chauffe 3, de fluide réducteur R. Ceci correspond à l’état E1 de la . La durée de la phase T1 est le temps d’ouverture ΔTe de la vanne d’entrée 4. A l’issue de phase T2, la vanne d’entrée 4 est refermée. Ceci correspond à l’état E2 de la . Au cours de la phase T3, la chambre de chauffe 3 est chauffée, jusqu’à atteindre la température de consigne θ. Ceci correspond à l’état E3 de la . Au cours de la phase T3, la vanne de sortie 5 est seule ouverte, afin de vider, au moins partiellement, en pulvérisant le fluide réducteur R dans la chambre de mélange 2. La durée de la phase T3 est le temps d’ouverture ΔTs de la vanne de sortie 5. Ceci correspond à l’état E4 de la . La phase T4 correspond à une durée d’attente avant de redémarrer un nouveau cycle de pulvérisation, par une première phase T1. Selon une caractéristique, le pulvérisateur 1 comprend encore un contrôleur 7. Ce contrôleur 7 commande la vanne d’entrée 4, la vanne de sortie 5 et le moyen thermique 6. Le contrôleur 7 est apte à déterminer des paramètres de contrôle de la vanne d’entrée 4, de la vanne de sortie 5 et du moyen thermique 6, afin d’obtenir des paramètres du jet de fluide réducteur pulvérisé souhaités. Selon une autre caractéristique, le paramètre de contrôle de la vanne d’entrée 4 est, par exemple, une durée ΔTe d’ouverture de la vanne d’entrée 4. Cette durée ΔTe permet de faire varier le volume entrant de fluide réducteur R. Le paramètre de contrôle de la vanne de sortie 5 est, par exemple, une durée ΔTs d’ouverture de la vanne de sortie 5. Cette durée ΔTs permet de faire varier le volume sortant de fluide réducteur R et donc le volume de fluide réducteur R pulvérisé dans la chambre de mélange 2. Le paramètre de contrôle du moyen thermique 6 est, par exemple, une température de consigne θ que doit atteindre le fluide réducteur R. Il est évident pour l’homme du métier que l’invention pourrait fonctionner avec d’autres paramètres de contrôle. Ainsi, la quantité de fluide réducteur R pourrait être contrôlée par un ou des volumes ou masses. La température pourrait être contrôlée par une quantité de chaleur, une durée de chauffe, une pression, etc. Selon une autre caractéristique, les paramètres du jet de fluide réducteur pulvérisé sont, par exemple, l’angle d’ouverture du cône de pulvérisation α, la vitesse V du jet pulvérisé et le taux de vapeur δ du fluide réducteur pulvérisé. Ceci est rappelé à la , figurant un jet pulvérisé vers le bas, avec α son angle d’ouverture, V sa vitesse ou la grandeur équivalente sa profondeur de projection, et δ son rapport de vapeur ou sa densité. Il est évident pour l’homme du métier que l’invention pourrait fonctionner avec d’autres paramètres du jet de fluide réducteur pulvérisé. Selon une autre caractéristique, le contrôleur 7 détermine les paramètres de contrôle ΔTe, ΔTs, θ, en fonction des paramètres du jet de fluide réducteur pulvérisé α, V, δ souhaités. Pour cela, le contrôleur 7 utilise une table π de correspondance prédéterminée. La table π de correspondance indique pour un triplet (α, V, δ) de paramètres du jet de fluide réducteur pulvérisé souhaité, un triplet (ΔTe, ΔTs, θ) de paramètres de contrôle à appliquer, (ΔTe, ΔTs, θ) = π (α, V, δ). Selon une autre caractéristique, la table π de correspondance est prédéterminée par calibration au banc d’essai et/ou en simulation. Au banc d’essai, les paramètres de contrôle sont variés et l’on observe les paramètres du jet. Les paramètres du jet sont observés, par exemple, au moyen d’une caméra rapide ou d’un paternator. Le taux de vapeur δ est indirectement obtenu en intégrant la masse de goutte liquide injectée mesurée par extinction et diffraction laser. Le fluide réducteur R dans la chambre de chauffe 3 est dans un état diphasique. Il combine liquide et vapeur. Ceci dépend du temps de remplissage ΔTe de la vanne d’entrée T4 et de la pression dans la chambre de chauffe 3 elle-même dépendante de la température, selon la caractéristique de saturation. Ainsi, par exemple, si la température θ dans la chambre de chauffe 3 est régulée à 160°C, la pression est de 7 bars, qui correspond à la température de saturation. A titre indicatif, l’angle de pulvérisation α est ajusté à l’aide du temps d’ouverture ΔTs de la vanne de sortie 5. La vitesse de pulvérisation V est ajustée au moyen de la température θ. La quantité de fluide réducteur pulvérisé est ajustée par le temps d’ouverture ΔTe de la vanne d’entrée 4. Le rapport de vapeur δ est ajusté par le temps d’ouverture ΔTs de la vanne de sortie 5 et par la température θ. Il y a des interactions entre les paramètres de contrôle et un ajustement conjoint peut être nécessaire. Toutes ces relations sont précisées au banc d’essai et/ou par simulation du process de pulvérisation. Le tout est stocké dans la table π de correspondance. Le pulvérisateur 1, ainsi modifié selon l’invention, est avantageusement apte à adapter les paramètres α, V, δ du jet de fluide réducteur pulvérisé. Les paramètres du jet de fluide réducteur pulvérisé α, V, δ souhaités sont alors avantageusement déterminés en fonction des caractéristiques du flux de gaz d’échappement, telles que son débit et sa température. Les caractéristiques des gaz d’échappement sont mesurées ou observées ou déterminées en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur et de son historique, tel que le régime moteur. L’invention concerne encore un mélangeur 2 de fluide réducteur R, comprenant un tel pulvérisateur 1. L’invention concerne encore une ligne d’échappement, comprenant un tel mélangeur 2. 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. Pulvérisateur (1) de fluide réducteur (R), pour un mélangeur (2), apte à mélanger le fluide réducteur (R) avec des gaz d‘échappement circulant dans le mélangeur (2), comprenant une chambre de chauffe (3), une vanne d’entrée (4) apte à piloter une quantité de fluide réducteur (R) entrant dans la chambre de chauffe (3), une vanne de sortie (5) apte à piloter une quantité de fluide réducteur (R) sortant de la chambre de chauffe (3) et à pulvériser dans le mélangeur (2), un moyen thermique (6) apte à piloter une température de la chambre de chauffe (3), caractérisé en ce qu’il comprend encore un contrôleur (7) apte à déterminer des paramètres de contrôle (ΔTe, ΔTs, θ) en fonction des paramètres du jet de fluide réducteur pulvérisé (α, V, δ) souhaités. Pulvérisateur (1) selon la revendication précédente, où les paramètres de contrôle (ΔTe, ΔTs, θ) sont une durée d’ouverture (ΔTe) de la vanne d’entrée (4), une durée d’ouverture (ΔTs) de la vanne de sortie (5) et une température (θ) de consigne du moyen thermique (6). Pulvérisateur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où les paramètres du jet de fluide réducteur pulvérisé (α, V, δ) sont un angle d’ouverture (α), une vitesse de pulvérisation (V) et un taux de vapeur (δ). Pulvérisateur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le contrôleur (7) détermine les paramètres de contrôle (ΔTe, ΔTs, θ), en fonction des paramètres du jet de fluide réducteur pulvérisé (α, V, δ) souhaités, au moyen d’une table (π) de correspondance prédéterminée. Pulvérisateur (1) selon la revendication précédente, où la table (π) de correspondance est prédéterminée par calibration au banc d’essai et/ou en simulation. Pulvérisateur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où les paramètres du jet de fluide réducteur pulvérisé (α, V, δ) souhaités sont déterminés en fonction d’un débit et d’une température des gaz d’échappement. Mélangeur de fluide réducteur, caractérisé en ce qu’il comprend un pulvérisateur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Ligne d’échappement, caractérisée en ce qu’elle comprend un mélangeur selon la revendication précédente.