FR2955147A3 - Dispositif de vaporisation de carburant autonettoyant et procede de commande associe - Google Patents

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Abstract

Dispositif de vaporisation (1) de carburant pour un système de post-traitement de moteur thermique, comportant entre un tube d'entrée (6) et un tube de sortie (7) un conduit principal (4) de circulation des gaz d'échappement et des moyens d'injection (10) de carburant dans une chambre de vaporisation (11) équipée d'un crayon chauffant (9), caractérisé en ce que la chambre (11) est reliée au conduit principal (4) par un canal d'alimentation (20) des gaz d'échappement et par un canal d'évacuation (21) des vapeurs de carburant avec les gaz d'échappement, ces deux canaux constituant en coopération avec la chambre (11) un circuit de dérivation du conduit principal (4).

Description

-1- DISPOSITIF DE VAPORISATION DE CARBURANT AUTONETTOYANT ET PROCEDE DE COMMANDE ASSOCIE L'invention concerne le post-traitement des émissions polluantes à l'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile, par exemple les oxydes d'azote. On connaît plusieurs dispositifs de post-traitement fonctionnant de manière séquentielle. Ils sont constitués de pièges accumulant en leur sein les espèces chimiques à traiter. Ces pièges doivent être nettoyés périodiquement tout au long de leur utilisation au cours du roulage du véhicule. Dans le cas d'un piège à oxydes d'azote, un tel nettoyage, dit de régénération, peut s'effectuer en augmentant la quantité des composés chimiques réducteurs (hydrocarbures, monoxyde de carbone, hydrogène) entrant dans le piège, afin de convertir les molécules d'oxyde d'azote retenues dans le piège en molécules inertes d'azote. Le document WO 03 026 777 décrit ainsi par exemple un évaporateur équipé d'un crayon chauffant implantable dans le tuyau d'échappement et d'au moins un crayon de préchauffage extérieur, permettant de vaporiser du carburant directement dans le tuyau d'échappement.
Une solution pour améliorer l'efficacité de la régénération consiste à introduire dans le piège des composés plus réactifs, c'est-à-dire plus réducteurs, que le carburant. La publication FR 2 913 056 décrit ainsi un procédé de purge d'un piège à oxydes d'azote par injection de tels composés chimiques. Par ce procédé, des vapeurs de carburant sont introduites dans un conduit principal d'entrée des gaz d'échappement dérivé du tuyau d'échappement du véhicule. Elles sont ensuite transformées en composés plus réducteurs à l'intérieur d'un réformeur amont implanté en parallèle du piège. Dans tous les cas, les évaporateurs connus sont encombrants. Dans le cas particulier où le crayon chauffant est perpendiculaire au tuyau d'échappement, ou lorsque l'évaporateur est équipé de plusieurs crayons, l'implantation de 2955147 -2- l'évaporateur dans le véhicule peut être rendue très difficile. De plus, les évaporateurs connus présentent un risque d'encrassement de leurs crayons chauffants, dû à la cokéfaction du carburant résiduel stagnant autour d'eux. Cet encrassement diminue notablement la durée de vie des crayons 5 chauffants. L'invention vise à résoudre à la fois ces problèmes d'encombrement et d'encrassement, grâce à une conception particulière du dispositif de vaporisation. Plus précisément, elle prévoit que le dispositif de vaporisation soit équipé d'un crayon chauffant implanté parallèlement à l'axe du conduit. La chambre de 10 vaporisation du dispositif reçoit du carburant liquide d'un système d'injection, et selon l'invention, elle reçoit également des gaz d'échappement qui sont prélevés dans le conduit principal d'entrée des gaz d'échappement par l'intermédiaire d'un canal d'alimentation. Après vaporisation du carburant dans la chambre, un canal d'évacuation permet d'expulser les vapeurs de carburant avec les gaz 15 d'échappement vers le conduit principal. L'invention prévoit donc que le canal d'alimentation des gaz d'échappement et le canal d'évacuation des vapeurs de carburant avec les gaz constituent, en coopération avec la chambre de vaporisation, un circuit de dérivation du conduit principal. 20 L'apport de gaz d'échappement dans la chambre facilite la vaporisation de carburant liquide en grandes quantités et permet de se contenter d'un seul crayon chauffant, ce qui limite l'encombrement du dispositif. De plus le crayon est monté sensiblement parallèle à l'axe du conduit principal. Cela limite davantage l'encombrement. 25 D'autre part, le balayage de la chambre de vaporisation par les gaz d'échappement permet un auto-nettoyage du crayon chauffant. En effet, la présence d'oxygène dans les gaz d'échappement permet de brûler les traces de carburant liquide restant en contact avec le crayon chauffant dans la chambre après la fin de l'injection, et donc d'éviter leur cokéfaction. Cela permet 2955147 -3- d'augmenter la durée de vie du crayon chauffant. 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 5 lesquels, - la figure 1 représente une vue en perspective du dispositif de vaporisation, - la figure 2 représente une vue éclatée du dispositif, et - la figure 3 représente une coupe axiale du dispositif. En référence aux figures 1 et 2, le dispositif de vaporisation 1 selon 10 l'invention comprend un corps monobloc 2. Ce corps monobloc 2 comprend une partie supérieure 3 qui constitue le conduit principal 4 d'entrée des gaz. Dans le dispositif proposé, le conduit principal 4 est précédé d'une bague réductrice 5 qui permet de créer une réduction de diamètre par rapport au diamètre d'entrée du conduit principal. La 15 bague 5 est montée, par exemple vissée, sur la partie supérieure 3 du corps monobloc 2. La partie supérieure 3 du corps monobloc 2 et la bague 5 constituent une portion du tuyau d'alimentation d'un réformeur (non représenté), en gaz d'échappement. A cet effet, elles sont montées en sandwich, par exemple soudées, entre un tube d'entrée 6 et un tube de sortie 7 des gaz d'échappement. 20 Le corps monobloc 2 présente également une partie inférieure 8. Cette partie inférieure 8 reçoit à l'une de ses extrémités un crayon chauffant 9, monté parallèle au conduit principal 4. A son autre extrémité, elle reçoit des moyens d'injection 10, qui débouchent dans une chambre de vaporisation 11 par un bouchon-injecteur 12. Ce bouchon est monté étanche sur la partie inférieure 8 du 25 corps monobloc par l'intermédiaire d'un joint 13. Il est percé d'un orifice 14 qui permet d'amener, vers la chambre de vaporisation 11, du carburant liquide provenant d'un moyen d'alimentation (non-représenté), par exemple une pompe à carburant, par l'intermédiaire d'un tuyau d'alimentation 15. Cet orifice est, de préférence, centré sur la tête du crayon chauffant 9. 2955147 -4- Les parties supérieure 3 et inférieure 8 du corps monobloc 2 sont reliées par une paroi de liaison 16 percée d'au moins un trou 17 de façon à alléger la masse du corps monobloc 2 et à limiter les transferts thermiques de sa partie inférieure 8 vers sa partie supérieure 3. 5 Le corps monobloc 2 présente le logement de fixation 18 d'un moyen de mesure de la température des vapeurs de carburant (non-représenté), par exemple un thermocouple, par l'intermédiaire d'un support de capteur 19. Comme le montre la figure 3, la partie inférieure 3 du corps monobloc 2 renferme une chambre de vaporisation 11 du carburant. Cette chambre 11 est 10 reliée au conduit principal 4 par deux canaux logés dans la paroi de liaison 16 : - un canal d'alimentation 20, qui permet d'amener des gaz d'échappement dans la chambre 11 sur une partie active du crayon chauffant 9, et - un canal d'évacuation 21, qui permet d'expulser les vapeurs de carburant, avec les gaz d'échappement, vers le conduit principal 4. 15 Les deux canaux 20 et 21 sont ménagés dans l'épaisseur de la paroi de liaison 16 et fabriqués par exemple par usinage à partir de la paroi extérieure du corps monobloc 2. La figure 3 montre aussi deux bouchons 22 et 23 qui ont été utilisés pour obturer les débouchés des canaux 20 et 21 après fabrication. Le canal d'évacuation 21 présente un épaulement 24 qui permet d'empêcher 20 par décantation la remontée d'éventuelles traces de carburant liquide (non- vaporisé) vers le conduit principal 4, en les faisant retomber dans la chambre 11. En résumé, la chambre 11 reçoit donc d'une part du carburant liquide depuis le bouchon-injecteur 12, et d'autre part des gaz d'échappement depuis le canal d'alimentation 20. Le crayon chauffant 9 vaporise le carburant liquide, et les 25 vapeurs ainsi créées sont expulsées avec les gaz d'échappement vers le conduit principal 4 par le canal d'évacuation 21. Les deux canaux 20 et 21 constituent en coopération avec la chambre 11 un circuit de dérivation du conduit principal 4. Le balayage de la chambre 11 par les gaz d'échappement prélevés sur le conduit principal 4 est facilité par la présence de deux restrictions de section ou étranglements : - un premier étranglement 25, situé sur la bague réductrice 5, permet de concentrer le flux d'air vers la zone périphérique du conduit principal 4. - un second étranglement 26, situé vers le milieu du conduit principal 4, entre le point de départ du canal d'alimentation 20 et le point de débouché du canal d'évacuation 21, permet de créer une dépression entre ces deux points. Comme le montre la figure 3, les canaux 20 et 21 sont inclinés par rapport au conduit principal 4. Le balayage de la chambre 11 par les gaz est optimisé par le choix d'inclinaisons appropriées.
Le système de vaporisation 1 décrit ci-dessus peut être utilisé de la façon suivante : - Le crayon chauffant 9 est préalablement mis en chauffe, jusqu'à l'atteinte d'un seuil de température permettant le début de la vaporisation du carburant. Ce seuil, par exemple voisin d'une valeur de 300°C, est détecté par le moyen de mesure de la température monté sur le corps monobloc 2. - Le système d'injection du carburant liquide est ensuite commandé pour permettre une distribution du carburant liquide à un débit donné. La vaporisation de carburant qui s'en suit se fait à une température de l'ordre de 240°C qui est contrôlée également par le moyen de mesure. - Cependant, dans une phase suivante, l'injection du carburant liquide est stoppée, et le crayon 9 est maintenu en chauffe pour vaporiser les restes de carburant liquide présents dans la chambre, puis pour brûler les traces de carburant liquide en contact avec les parties actives du crayon chauffant 9, grâce à l'oxygène contenu dans les gaz d'échappement. La chauffe peut être maintenue pendant une durée prédéterminée. Un tel procédé permet de purger la chambre d'éventuels résidus de carburant liquide et donc d'éviter la cokéfaction de ces résidus. Cela permet un auto-nettoyage du crayon chauffant 9 et une augmentation de sa durée de vie.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de vaporisation (1) de carburant pour un système de post- traitement de moteur thermique, comportant entre un tube d'entrée (6) et un tube de sortie (7) un conduit principal (4) de circulation des gaz d'échappement et des moyens d'injection (10) de carburant dans une chambre de vaporisation (11) équipée d'un crayon chauffant (9), caractérisé en ce que la chambre (11) est reliée au conduit principal (4) par un canal d'alimentation (20) des gaz d'échappement et par un canal d'évacuation (21) des vapeurs de carburant avec les gaz d'échappement, ces deux canaux constituant en coopération avec la chambre (11) un circuit de dérivation du conduit principal (4).
  2. 2. Dispositif de vaporisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le crayon chauffant (9) est monté dans une direction sensiblement parallèle à celle du conduit principal (4).
  3. 3. Dispositif de vaporisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les axes respectifs des canaux (20) et (21) sont décalés angulairement par rapport à l'axe du conduit principal (4).
  4. 4. Dispositif de vaporisation selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le canal d'alimentation (20) des gaz débouche dans la chambre de vaporisation (11) sur une partie active du crayon chauffant (9).
  5. 5. Dispositif de vaporisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'injection (10) comprennent un orifice (14) d'injection du carburant centré sur la tête du crayon chauffant (9).
  6. 6. Dispositif de vaporisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section du conduit principal (4) présente, entre son diamètre d'entrée et son diamètre de sortie, un étranglement (26) localisé après le point de départ du canal d'alimentation (20) des gaz d'échappement 2955147 -7- et avant le point de débouché du canal d'évacuation (21) des vapeurs de carburant.
  7. 7. Dispositif de vaporisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit principal (4) est précédé d'une bague 5 réductrice (5), dont une section présente un étranglement (25) par rapport au diamètre d'entrée du conduit principal (4).
  8. 8. Dispositif de vaporisation selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend un corps monobloc (2) contenant le conduit principal (4), l'étranglement (26), les canaux de dérivation (20) et (21) et la chambre de 10 vaporisation (11), et recevant le crayon chauffant (9) et les moyens d'injection (10).
  9. 9. Dispositif de vaporisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'un moyen de mesure de la température des vapeurs de carburant permettant de piloter l'alimentation du crayon 15 chauffant (9).
  10. 10. Procédé de commande d'un système de post-traitement selon l'une des revendications précédentes, comportant les étapes suivantes : - Préchauffage de la chambre, - Injection du carburant liquide, 20 caractérisé en ce qu'il comporte une phase de coupure de l'injection du carburant avec maintien du chauffage du crayon chauffant (9) pendant une durée déterminée.
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Citations (4)

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