FR2937681A3 - Dispositif de melange d'un agent reducteur aux gaz d'echappement d'un moteur en amont d'un organe de depollution et ligne d'echappement munie de ce dispositif - Google Patents

Dispositif de melange d'un agent reducteur aux gaz d'echappement d'un moteur en amont d'un organe de depollution et ligne d'echappement munie de ce dispositif Download PDF

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Abstract

Dispositif de mélange d'un agent réducteur aux gaz d'échappement d'un moteur à combustion en amont d'un organe de dépollution dans un conduit d'échappement (2) du moteur, caractérisé en ce qu'il est composé d'une plaque () d'un seul tenant pliée sur une partie de sa longueur de part et d'autre d'un axe de pliage (A2) sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal (A1) du conduit.

Description

DISPOSIT D'ECHAPP D'UN MOTEUR EN MONT D'UN ORGAEJE oLLuTIGN ET LIGNE D'ECRAP71E E DE CE DISPOSITIF I AGENT REDUCTEUR La présente invention concerne de manière générale la dépollution des gaz brûlés circulant dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de mélange d'un agent réducteur aux gaz d'échappement d'un moteur à combustion en amont d'un organe de dépollution, dans un conduit d'échappement du moteur. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la réalisation des moteurs Diesel. Les gaz brûlés des moteurs à combustion interne contiennent de nombreux éléments polluants, qu'il convient de traiter ou de filtrer, avant de rejeter ces gaz brûlés dans l'atmosphère. Outre les émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés, On cherche aussi à réduire les émissions de suies polluantes (particules polluantes), La ligne d'échappement d'un moteur comporte à cet effet un catalyseur d'oxydation suivi, selon la direction d'écoulement des gaz brûlés, d'un filtre à particules. Le catalyseur d'oxydation est revêtu d'un matériau catalytique destiné à stocker les oxydes d'azote, et à permettre, en présence d'oxygène, l'oxydation du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés. L'accumulation d'oxydes d'azote sur le matériau catalytique, diminue l'efficacité du catalyseur d'oxydation.
Le filtre à particules permet, quant à lui, de filtrer et de stocker les particules polluantes. L'accumulation de particules dans le filtre entrave l'évacuation des gaz brûlés, ce qui engendre une surpression c ; gaz brûlés, néfaste au fonctionnement du moteur. - 2 - Le filtre à particules doit donc être régénéré périodiquement. Une méthode appropriée pour la régénération du filtre consiste à introduire un agent réducteur, sous forme de spray, dans la ligne d'échappement, en amont du catalyseur. L'agent réducteur (par exemple du gazole), doit être vaporisé et mélangé lors de son parcours dans la ligne d'échappement. Le mélange air/réducteur est ensuite oxydé dans le catalyseur, ce qui a pour effet d'augmenter la température du gaz à un niveau suffisant pour assurer la régénération du filtre placé en aval, en brûlant les particules accumulées dans celui-ci. Toutefois, dans de tels dispositifs, les diamètres des conduites étant généralement faibles, une partie de l'agent réducteur est projetée sur les parois de cette conduite. Cette partie de l'agent réducteur s'écoule alors le long de la conduite, en s'évaporant en partie, avant d'entrer dans le catalyseur d'oxydation. Le mélange dc brûlés, et d'agent réducteur, n'est donc pas homogène. Une difficulté consiste par conséquent à maîtriser l'homogénéisation de l'agent réducteur dans les gaz brûlés, pour optimiser les réactions d'oxydation et de combustion, qui ont lieu dans le catalyseur, et dans le filtre à particules. Pour traiter ce problème, on peut placer à l'intérieur de la ligne d'échappement, des pièces, telles que des mélangeurs, des évaporateurs, ou des générateurs de mouv_r aérodynamiques du type swirl . C. peut aussi injecte les réducteurs au niveau d'un coude de la ligne d'échapp , afin que le carburant soit injecté parallèlement aux d'échappement. Cette méthode est illustrée notamment par la publication FR 2 891 305, Toutefois, elle ne permet, à elle seule, de mélanger suffi°t l'agent réducteur aux gaz d'échappement. La présente invention vise à optimiser le processus de régénération d'un filtre à particules, en améliorant l'uniformité de la distribution d'agent réducteur en entrée du catalyseur, ou du filtre catalytique. Dans ce but, elle propose un mélangeur composé d'une plaque d'un seul tenant, pliée de part et d'autre d'un axe de pliage sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale du conduit. La plaque peut présenter, sur une partie de sa lonç sur, une entaille longitudinale séparant deux ailettes pli utour de l'axe de pliage.
La plaque peut aussi présenter deux entailles longitudinales, au lieu d'une, séparant une ailette centrale pliée dans un premier sens autour de l'axe de pliage, de deux ailettes latérales, pliées en sens opposé autour de cet axe.
L'efficacité du mélangeur dépend toutefois de son implantation dans la ligne d'échappement. Pour une efficacité ] 'main du mélangeur, l'invention propose également une ligne d'échappement qui comporte un conduit d'échappement reliant par au moins un coude la sortie d'un turbocompresseur à l'entrée d'un organe de dépollution, et renferme un tel mélangeur disposé en sortie d'un coude du conduit. Selon un mode de réalisation préféré de la ligne d' nt, le conduit d'échappement relie par deux coud successifs la sortie du turbocompresseur à l'entrée de l'organe de dépollution, et le mélangeur est disposé en sortie du deuxième coude. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 illustre un premier mode de réalisation du mélangeur, - la figure 2 illustre un second mode de réalisation - 4 de celui-ci, - la figure 3 montre l'emplacement du mélangeur de la figure 1 dans une coupe du conduit, et - la figure 4 montre l'implantation optimale de 5 celui-ci dans une ligne d'échappement. Sur les figures, on a représenté des vues partielles d'une ligne échappement 1, dont le conduit 2 renferme un dispositif de mélange, ou mélangeur 3. Il s'agit d'un mélangeur d'agent réducteur aux gaz d'échappement d'un 10 moteur à combustion, composé d'une plaque 3, d'un seul tenant. La plaque 3 est pliée, et trouve sa place dans le conduit 2, en amont d'un organe de dépollution, tel qu'un catalyseur, dont on a rep ié seulement le cône d'entrée 4 sur la figure 4. Le conc Lt 2 est pourvu d'un injecteur 15 de carburant 6 destiné à injecter du carburant dans le conduit 2. L'injecteur 6 est placé en amont du mélangeur 2, lui-même placé en amont d'un organe de dépollution, dans le but de mélanger l'agent réducteur aux gaz d'échappement, avant leur arrivée sur les organes de dépollution de 20 ligne d'échappement. La ligne d'échappement 1 comporte conduit d'échappement 2, qui relie, par au moins un coude 7, 8, la sortie d'un turbocompresseur (non représenté) à l'entrée d'un organe de dépollution. La plaque est maintenue par 25 exemple dans une bague 10 disposant de fentes d'insertion 10a, pour les extrémités de la plaque. La bague 10 trouve sa place entre les deux parties 9 d'une bride du conduit 2, conformément à la figure 3. Sur les trois figures, la ligne d'échappement 1 30 renferme un mélangeur 3, disposé en sortie d'un coude 8 du conduit. Selon une disposition particulière, montrée sur la figure 3, le conduit d'échappement peut relier par deux coudes successifs 7, 8, le turbocompresseur au catalyseur. Dans ce cas, le dispositif de mélange 3 est placé en sortie 35 du deuxième coude 8, dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement. La plaque 3 est pliée. Le pliage est effectué de part - 5 - et d'autre d'un axe de pliage A2, sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal Al du conduit. Selon un premier mode de réalisation, illustré par les figures 1, 3 et 4, le mélangeur 3 comporte deux aubes, ou ailettes 3a, 3b obtenues par découpe, puis pliage, d'une plaque initiale plane. Le pliage des deux ailettes est fait en sens opposé autour du même axe A2. La plaque présente ainsi, sur une partie de sa longueur, une entaille Il longitudinale séparant deux ailettes 3a, 3b divergentes, IO autour de l'axe A2. Les ailettes 3a, 3b sont de préférence, recourbées, comme sur les schémas, mais pas obligatoirement. La disposition décrite ci-dessus est particulièrement favorable à la création d'un mouvement aérodynamique 15 tourbillonnaire du type swirl , autour de l'axe longitudinal Al du conduit. La configuration optimale de la plaque pour le swirl dans une conduite de gaz de diamètre d'environ 50 mm de diamètre, est obtenue avec un angle de pliage : 450 (+/- IO , et une longueur d'ailettes 20 d'environ 13 mm (+1- 5 mm). De préférence, les ailettes sont donc pliées d'environ 450 de part et d'autre de l'axe de pliage A2. Selon l'architecture concernée, on peut bien entendu adapter la position angulaire du mélangeur au mouvement 25 aérodynamique initialement créée par le, ou les coudes précédents. Mais, il est toujours avantageux de disposer le mélangeur en sortie d'un coude du conduit. Lorsque le conduit d'échappement relie par deux coudes successifs 7, 8, la sortie du turbocompresseur à l'entrée 30 de l'organe de dépollution (comme sur la figure 4), le mélangeur est, de préférence, disposé en sortie du deuxième coude 8. L'ailette la plus basse est, si possible, pliée vers la sortie du turbocompresseur. Pour une meilleure efficacité, il est aussi 35 souhaitable d'incliner l'axe A2 du mélangeur d'environ 45° - dans le sens horaire par rapport à l'horizontale, lorsqu'on regarde vers le moteur. L'efficacité du mélangeur repose en effet, pour une grande part, sur la capacité de l'ai.' tte inférieure à dévier l'écoulement principal situé d, le bas de la sortie du coude de façon à amorcer le mouvement de rotation de type swirl . Sans sortir du cadre de l'invention, on peut toutefois adapter l'angle d'inclinaison du mélangeur autour de l'axe du conduit de gaz et/ou l'angle de pliage et la longueur des lames, à chaque architecture rencontrée. Selon l'autre mode de réalisation non limitatif de l'invention illustré par la figure 2, la plaque peut comporter trois ailettes 3a, 3b, 3c, au lieu de deux. Comme montré sur la figure 2, deux ailettes latérales 3a, 3b sont pliées dans le même sens, et l'ailette centrale 3c est pliée en sens inverse autour de l'axe de pliage commun A2. La plaque 3 présente ainsi, sur une partie de sa longueur, deux entailles longitudinales Il, séparant une ailette centrale 3c pliée dans un premier sens autour de l'axe A2, de deux ailettes latérales 3a, 3b, pliées en sens opposé autour de cet axe. Ce type de plaquette génère moins de mouvement aérodynamique structuré que le précédent, et l'effet aérodynamique s'apparente davantage à une traînée turbulente , qui améliore les capacités de mélange de l'écoulement. Dans tous ses modes de réalisation, décrits ou non c sus, la plaque présente de nombreux avantages. Elle permet en particulier d'améliorer l'homogénéité de la fraction massique de carburant en entrée du catalyseur d'oxydation. Le meilleur mélange des fractions massiques de carburant dans les gaz d'échappement permet de gagner en fiabilité du composant catalyseur (ou le filtre catalytique) tout en réduisant son taux d'imprégnation en matériaux précieux particulièrement onéreux. Enfin, l'efficacité accrue des régénérations du FAP obtenue grâce à l'invention, permet également de réduire la dilution du carburant dans l'huile, et d'espacer les vidanges.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de mélange d'un agent réducteur aux gaz d'échappement d'un moteur à combustion en amont d'un organe de dépollution dans un conduit d'échappement (2) du moteur, caractérisé en ce qu'il est composé d'une plaque (3)d'un seul tenant pliée de part et d'autre d'un axe de pliage (A2) sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal (Al) du conduit.
  2. 2. Dispositif de mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque (3) présente sur une partie de sa longueur une entaille longitudinale (11) séparant deux ailettes divergentes (3a, 3b), pliées autour de l'axe de pliage (A2).
  3. 3. Dispositif de mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque (3) présente sur une partie de sa longueur deux entailles longitudinales (11) séparant une ailette centrale (3c) pliée dans un premier sens autour de l'axe de pliage (A2), d'ailettes latérales (3a, 3b) pliées en sens opposé autour de cet axe.
  4. 4. Dispositif de mélange selon la revendication 1, 2, ou 3, caractérisé en ce que les ailettes (3a, 3b, 3c) sont pliées d'environ 45° de part et d'autre de l'axe de pliage (A2).
  5. 5. Dispositif de mélange selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque (3) est maintenue dans une bride (9) du conduit d'échappement (2).
  6. 6. Dispositif de mélangeur selon d'une des 30 revendications précédentes, caractérisé en ce que les ailettes (3a, 3b, 3c) sont recourbées.
  7. 7. Ligne d'échappement (1) comportant un conduit d'échappement reliant par au moins un coude la sortie d'un turbocompresseur à l'entrée d'un organe de dépollution, 35 caractérisée en ce qu'elle renferme un mélangeur (3) conforme à l'une des revendications précédentes disposé en- 9 - sortie d'un coude (7,
  8. 8) du conduit. 8. Ligne d'échappement selon la revendication 7 , dont le conduit d'échappement (2)relie par deux coudes successifs (7, la sortie du turbocompresseur à l'entrée de l'organe de dépollution, caractérisé en ce qu'elle présente un mélangeur (3) conforme à l'une des revendications 1 à 5, disposé en sortie du deuxième coude
  9. 9. Ligne d'échappement selon la revendication caractérisé en ce que l'axe de pliage (A2) du mélangeur est 0 incliné environ à 450 par rapport à l'horizontale. Ligne d'échappement selon la revendication 9, caractérisé en ce que les ailettes (3a, 3b) les plus basses du mélangeur sont pliées en direction de sortie turbocompresseur.
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