FR2966197A1 - Ligne d'echappement pour vehicule automobile. - Google Patents

Ligne d'echappement pour vehicule automobile. Download PDF

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Abstract

Ligne d'échappement (910) pour véhicule automobile du type comprenant : - un conduit chaud (912) de circulation des gaz d'échappement ; - un conduit froid (914) de circulation des gaz d'échappement ; - un élément de découplage mécanique (920) reliant l'extrémité aval du conduit chaud (912) à l'extrémité amont du conduit froid (914) ; - un dispositif de traitement des oxydes d'azote ; et - des moyens d'injection destinés à injecter ou à produire un réactif dans la ligne d'échappement (910) en amont du dispositif de traitement des oxydes d'azote, caractérisée en ce qu'elle comprend un mélangeur destiné à mélanger les gaz d'échappement et le réactif injecté ou produit par les moyens d'injection, le mélangeur étant disposé en amont du dispositif de traitement des oxydes d'azote, le dispositif de traitement des oxydes d'azote étant intercalé dans le conduit froid (914) en aval de l'élément de découplage mécanique (920), et les moyens d'injection et le mélangeur formant un ensemble directement relié à l'élément de découplage mécanique (920).

Description

Ligne d'échappement pour véhicule automobile La présente invention concerne une ligne d'échappement pour véhicule automobile du type comprenant : - un conduit chaud de circulation des gaz d'échappement ; - un conduit froid de circulation des gaz d'échappement ; - un élément de découplage mécanique reliant l'extrémité aval du conduit chaud à l'extrémité amont du conduit froid ; - un dispositif de traitement des oxydes d'azote ; et - des moyens d'injection destinés à injecter ou à produire un réactif dans la ligne d'échappement en amont du dispositif de traitement des oxydes d'azote. Une telle ligne d'échappement est prévue pour équiper un moteur à combustion interne, par exemple Diesel. Elle comporte un catalyseur prévu pour réaliser la réduction des oxydes d'azote et un injecteur placé en amont du catalyseur. L'injecteur est destiné à injecter un réactif, en particulier un réducteur ou une substance produisant un réducteur des oxydes d'azote, tel que l'urée dans la ligne d'échappement. L'urée subit consécutivement deux réactions chimiques, la thermolyse et l'hydrolyse, et se transforme en ammoniac. Au sein du catalyseur et lorsque les gaz d'échappement atteignent une certaine température, l'ammoniac réagit chimiquement avec les oxydes d'azote, réduisant ceux-ci en azote et en eau.
Dans une ligne d'échappement comportant un système SCR, c'est-à-dire un catalyseur assurant la réduction sélective des oxydes d'azote, l'injection de l'agent réducteur se situe généralement en aval de l'élément de découplage mécanique pour éviter d'endommager celui-ci, par exemple afin d'éviter les risques de corrosion et de défaillance mécanique. Un tel agencement présente en revanche l'inconvénient majeur d'augmenter le délai d'amorçage de conversion des oxydes d'azote du fait de l'éloignement du système SCR par rapport au moteur. Compte tenu des contraintes citées précédemment, l'architecture d'une telle ligne d'échappement comportant un système SCR rend plus difficile l'obtention d'une efficacité élevée de conversion des oxydes d'azote NOX lorsque le véhicule est en mode de roulage urbain, faute d'atteindre rapidement la température seuil ou minimale autorisant l'injection de l'agent réducteur. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer une ligne d'échappement dont le fonctionnement est plus satisfaisant, de meilleure efficacité de conversion des oxydes d'azote.
A cet effet, l'invention a pour objet une ligne d'échappement du type précité, caractérisée en ce qu'elle comprend un mélangeur destiné à mélanger les gaz d'échappement et le réactif injecté ou produit par les moyens d'injection, le mélangeur étant disposé en amont du dispositif de traitement des oxydes d'azote, le dispositif de traitement des oxydes d'azote étant intercalé dans le conduit froid en aval de l'élément de découplage mécanique, et les moyens d'injection et le mélangeur formant un ensemble directement relié à l'élément de découplage mécanique. La ligne d'échappement selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'ensemble formé par les moyens d'injection et le mélangeur est intercalé dans le conduit chaud directement en amont de l'élément de découplage mécanique ; - l'ensemble formé par les moyens d'injection et le mélangeur est intercalé dans le conduit froid directement en aval de l'élément de découplage mécanique ; - le dispositif de traitement des oxydes d'azote est un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote ; - la ligne d'échappement comprend un catalyseur d'oxydation disposé en amont de l'ensemble formé par les moyens d'injection et le mélangeur ; - le mélangeur comporte un tronçon d'injection disposé entre une face amont et une face aval définies respectivement par l'entrée des gaz d'échappement dans et la sortie des gaz d'échappement hors du mélangeur, le tronçon d'injection comprenant un canal de circulation des gaz d'échappement s'étendant de la face amont à la face aval, le canal de circulation ayant une ligne centrale présentant une longueur déterminée entre les faces amont et aval, les moyens d'injection comportant un injecteur de réactif monté sur le tronçon d'injection et apte à injecter ou à produire un réactif dans le tronçon d'injection, le tronçon d'injection comprenant au moins une première coupelle disposée à l'intérieur du canal de circulation de telle sorte que le trajet moyen des gaz d'échappement dans le canal de circulation soit supérieur d'au moins 20% par rapport à la longueur déterminée ; - la longueur déterminée est sensiblement comprise entre 40 et 140 mm ; - la première coupelle a un fond s'enroulant en spirale autour de la ligne centrale du tronçon d'injection ; - le fond de la première coupelle s'enroule en spirale autour de la ligne centrale du tronçon d'injection en faisant trois quarts de tour ; - la première coupelle a une ouverture à l'extrémité de la spirale la plus écartée de la face amont ; - la première coupelle comporte un becquet à l'extrémité de la spirale la plus écartée de la face amont ; - le becquet prolonge le fond de la première coupelle vers la face amont et vers l'extérieur de la spirale ; - le tronçon d'injection comporte une seconde coupelle disposée à l'intérieur du canal de circulation entre la face amont et la première coupelle, la seconde coupelle ayant un fond s'enroulant en spirale autour de la ligne centrale du tronçon d'injection ; - la seconde coupelle a une ouverture à l'extrémité de la spirale la plus écartée de la face amont ; - la seconde coupelle a une ouverture à l'extrémité de la spirale la plus proche de la face amont ; - les deux coupelles définissent entre elles un conduit en spirale, partant de l'ouverture de la seconde coupelle et allant à l'ouverture de la première coupelle, s'étendant sur au moins 180°, de préférence 275°, et ayant une section droite sensiblement supérieure à 2300 mm2 ; - la première coupelle comporte une paroi arrondie présentant une zone centrale en saillie vers la face amont et une zone périphérique en creux tournée vers la face amont entourant la zone centrale en saillie, une ouverture étant pratiquée dans la paroi de la première coupelle entre la zone centrale en saillie et la zone périphérique en creux ; - le tronçon d'injection comporte une seconde coupelle disposée à l'intérieur du canal de circulation entre la face amont et la première coupelle, la seconde coupelle comportant une paroi arrondie présentant une zone centrale en creux tournée vers la face amont et une zone périphérique en saillie vers la face amont entourant la zone centrale en creux, et une ouverture étant pratiquée dans la paroi de la seconde coupelle entre la zone centrale en creux et la zone périphérique en saillie ; - les première et seconde coupelles sont conformées pour conférer un mouvement hélicoïdal aux gaz d'échappement depuis l'ouverture de la seconde coupelle jusqu'à l'ouverture de la première coupelle ; - l'injection du réactif est réalisée entre la première coupelle et la seconde coupelle ; - l'ouverture de la première coupelle et l'ouverture de la seconde coupelle sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre autour de la ligne centrale ; - la coupelle a des perforations de diamètre sensiblement égal à 5 mm ou une ouverture ; - la première coupelle comprend une couche de tricot métallique sur au moins une partie de sa surface ; - l'injecteur de réactif est orienté de telle sorte que la direction d'injection est perpendiculaire au tronçon d'injection ; et - l'injecteur de réactif est orienté de telle sorte que la direction d'injection est parallèle à la tangente au tronçon d'injection. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique en perspective d'une ligne d'échappement selon l'invention ; - la Figure 2 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne II-II de la Figure 1 et illustrant une première partie de la ligne d'échappement de la Figure 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 3 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne III-III de la Figure 1 et illustrant une deuxième partie de la ligne d'échappement de la Figure 1 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 4 est une vue éclatée en perspective d'un tronçon d'injection selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 5 est une vue éclatée en perspective du tronçon d'injection de la Figure 4 illustrant son fonctionnement ; - la Figure 6 est une vue compacte en perspective du tronçon d'injection de la Figure 4 ; - les Figures 7, 8, 9 et 10 sont des vues du tronçon d'injection de la Figure 4 pourvu d'un dispositif d'homogénéisation du mélange gaz/urée ; - la Figure 11 est une vue de profil d'un deuxième mode de réalisation du tronçon d'injection selon l'invention ; - la Figure 12 est une vue en perspective des coupelles du deuxième mode de réalisation du tronçon d'injection de la Figure 11 ; - la Figure 13 est une vue en perspective d'une des coupelles du deuxième mode de réalisation du tronçon d'injection de la Figure 11 ; - la Figure 14 est une vue de profil d'un troisième mode de réalisation du tronçon d'injection selon l'invention ; - la Figure 15 est une autre vue de profil du troisième mode de réalisation du tronçon d'injection de la Figure 14 ; et - la Figure 16 est une vue en perspective des coupelles du troisième mode de réalisation du tronçon d'injection de la Figure 14. Dans la description qui va suivre, l'amont et l'aval seront entendus relativement au sens de circulation normal des gaz d'échappement à travers la ligne d'échappement, indiqué par les flèches F sur les Figures.
La Figure 1 représente une ligne d'échappement 910 prévue pour être montée sur un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne, par exemple Diesel. La ligne d'échappement 910 comporte typiquement, disposés en série, un collecteur des gaz d'échappement en sortie du moteur, éventuellement un turbocompresseur, au moins un dispositif de purification des gaz d'échappement et un silencieux. Les polluants issus de la combustion d'un moteur Diesel comprennent majoritairement des hydrocarbures imbrûlés HC, des oxydes d'azote NOX (monoxyde d'azote NO et dioxyde d'azote NO2), du monoxyde de carbone CO et des particules de suie.
De façon connue, le dispositif de purification des gaz d'échappement comprend au moins un élément parmi un organe de purification catalytique et/ou un filtre à particules. L'organe de purification catalytique est adapté pour le traitement des émissions polluantes en phase gazeuse, alors que le filtre à particules est adapté pour retenir les particules de suie émises par le moteur et éventuellement pour fixer les polluants gazeux.
L'organe de purification catalytique comprend, par exemple, une structure perméable aux gaz recouverte de métaux catalytiques favorisant l'oxydation des gaz de combustion et/ou la réduction des oxydes d'azote. La ligne d'échappement 910 comprend un conduit chaud 912 de circulation des gaz d'échappement disposé proche du moteur du véhicule et un conduit froid 914 de circulation des gaz d'échappement disposé plus loin du moteur, en aval du conduit chaud 912. Les conduits chaud 912 et froid 914 comportent respectivement des dispositifs 916 et 918 de purification des gaz d'échappement disposés en série et en aval du moteur. La ligne d'échappement 910 comprend en outre un élément de découplage mécanique 920 raccordant de manière étanche l'extrémité aval du conduit chaud 912 à l'extrémité amont du conduit froid 914. L'élément de découplage mécanique 920 est traversé par les gaz d'échappement circulant du conduit chaud 912 au conduit froid 914. Cet élément de découplage mécanique 920 comprend, par exemple, un manchon souple constitué d'un tricot de fibres métalliques et étanche aux gaz d'échappement.
En variante, l'élément de découplage mécanique 920 est du type décrit dans le document FR-2878563. L'élément de découplage mécanique 920 permet de compenser les vibrations du moteur le long de la ligne d'échappement 910, entre les différents éléments des conduits chaud 912 et froid 914.
En référence à la Figure 2, le premier dispositif 916 de purification des gaz d'échappement comprend un catalyseur d'oxydation (DOC) 922 comportant un monolithe amont 924 logé à l'intérieur d'une enveloppe externe 926. L'enveloppe externe 926 forme une virole présentant une section transversale sensiblement constante sur toute sa longueur. Le premier dispositif 916 de purification des gaz d'échappement comprend également une partie d'enveloppe amont 21 reliée à et divergeant vers l'extrémité amont de l'enveloppe externe 926, et une partie d'enveloppe aval 23 reliée à et convergeant à partir de l'extrémité aval de l'enveloppe externe 926.
La partie d'enveloppe amont 21 définit l'entrée des gaz d'échappement dans le premier dispositif 916 de purification des gaz d'échappement, la partie d'enveloppe aval 23 définissant la sortie des gaz d'échappement du premier dispositif 916 de purification des gaz d'échappement. Le DOC 922 convertit les HC et le CO issus du moteur dans le but de satisfaire les normes antipollution, transforme une partie du NO en NO2 et crée l'exotherme qui permet d'atteindre des conditions de températures favorables à la réaction de réduction des NOX par un réducteur à basse température. Il est essentiellement constitué de métaux précieux (platine, palladium, rhodium) déposés sur un support oxyde. Le substrat peut être en cordiérite ou métallique, suivant son emplacement dans la ligne d'échappement 910. En variante, la ligne d'échappement 910 comprend une pluralité de DOC 922, les différentes fonctions pouvant être réparties sur les différents DOC 922, tous les DOC 922 ayant pour fonction primaire de traiter les HC et le CO. Comme illustré sur la Figure 3, le deuxième dispositif 918 de purification des gaz d'échappement comprend un dispositif 928 de traitement des oxydes d'azote formé par un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote (SCR). Le dispositif 928 de traitement des oxydes d'azote est ainsi intercalé dans le conduit froid 914 de la ligne d'échappement 910 en aval de l'élément de découplage mécanique 920.
Le catalyseur SCR 928 comporte un monolithe aval 930 logé à l'intérieur d'une enveloppe externe 932. Le monolithe aval 930 est formé d'un matériau poreux, perméable aux gaz d'échappement. Il est conformé par exemple en nid d'abeilles. Le matériau est typiquement formé de cordiérite, de carbure de silicium ou d'un matériau métallique. Il est imprégné de matériau catalytique. Ainsi, le monolithe aval 930 est apte à piéger des espèces chimiques réductrices injectées par des moyens d'injection, comme cela sera expliqué plus en détail ultérieurement, et à faire réagir certains composants tels que les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement avec lesdites espèces réductrices de manière à réduire les oxydes d'azote, notamment en azote gazeux. L'enveloppe externe 932 forme une virole présentant une section transversale sensiblement constante sur toute sa longueur.
Le deuxième dispositif 918 de purification des gaz d'échappement comprend également une partie d'enveloppe amont 25 reliée à et divergeant vers l'extrémité amont de l'enveloppe externe 932, et une partie d'enveloppe aval 27 reliée à et convergeant à partir de l'extrémité aval de l'enveloppe externe 932. La partie d'enveloppe amont 25 définit l'entrée des gaz d'échappement dans le deuxième dispositif 918 de purification des gaz d'échappement, la partie d'enveloppe aval 27 définissant la sortie des gaz d'échappement du deuxième dispositif 918 de purification des gaz d'échappement. La ligne d'échappement 910 comprend (Figures 2 et 3) un ensemble formé par des moyens d'injection 934 destinés à injecter ou à produire un réactif dans la ligne d'échappement 910 en amont du dispositif 928 de traitement des oxydes d'azote et un mélangeur 936 destiné à mélanger les gaz d'échappement et le réactif injecté ou produit par les moyens d'injection 934. Selon un premier mode de réalisation de l'invention illustré sur la Figure 2, l'ensemble formé par les moyens d'injection 934 et le mélangeur 936 est intégré au premier dispositif 916 de purification des gaz d'échappement et disposé en aval du DOC 922. Cet ensemble est ainsi intercalé dans le conduit chaud 912 de la ligne d'échappement 910, en amont du catalyseur SCR 928. L'ensemble formé par les moyens d'injection 934 et le mélangeur 936 est directement relié à l'élément de découplage mécanique 920 et disposé directement en amont de l'élément de découplage mécanique 920. En effet, dans ce premier mode de réalisation, aucun élément autre que des tuyaux de raccord et/ou des parties d'enveloppe n'est interposé entre l'ensemble formé par les moyens d'injection 934 et le mélangeur 936 et l'élément de découplage mécanique 920 situé en aval de cet ensemble. En particulier, aucun dispositif de purification des gaz d'échappement, notamment aucun catalyseur SCR, n'est disposé entre l'ensemble et l'élément de découplage mécanique 920. Les moyens d'injection 934 comportent un injecteur 26 de réactif apte à injecter ou à produire un réactif à l'intérieur du mélangeur 936. Le réactif est typiquement une solution liquide d'un réducteur des oxydes d'azote ou d'une substance produisant un tel réducteur. Le réducteur peut être un ou des hydrocarbure(s), des espèces hydrocarbonées partiellement oxydées, de l'ammoniac ou un composé générant de l'ammoniac par décomposition chimique. Le réactif peut également se présenter sous forme gazeuse, telle que de l'ammoniac gaz. De préférence, l'injecteur 26 est prévu pour injecter un mélange d'eau et d'urée sous forme de gouttelettes à l'intérieur du mélangeur 936. Les moyens d'injection 934 comportent également une ligne d'alimentation de l'injecteur 26 en liquide à injecter, et des moyens de commande pour autoriser ou interdire l'alimentation de l'injecteur 26 par la ligne d'alimentation. Les moyens de commande sont par exemple une vanne commandée par un calculateur. Le mélangeur 936 comporte un tronçon d'injection 18 selon un premier mode de réalisation de l'invention illustré sur les Figures 4 à 6.
Le tronçon d'injection 18 est disposé entre une face amont 20 définie par le monolithe amont 924 du catalyseur d'oxydation 922 et une face aval 22 définie par exemple par un plan à partir duquel la section transversale de la partie d'enveloppe aval 23 commence à diminuer. Ainsi, la face amont 20 est la face par laquelle les gaz d'échappement quittent le monolithe amont 924 et entrent dans le mélangeur 936, et la face aval 22 est la face par laquelle les gaz d'échappement quittent le mélangeur 936 et entrent dans l'élément de découplage mécanique 920, par l'intermédiaire de la partie d'enveloppe aval 23 et éventuellement de tuyaux de raccord. Le tronçon d'injection 18 comprend un canal 24 de circulation d'un flux de gaz d'échappement s'étendant de la face amont 20 à la face aval 22. L'injecteur 26 de réactif est monté sur le tronçon d'injection 18 et est apte à injecter un réactif dans le tronçon d'injection 18. Le canal 24 a une ligne centrale L1 présentant une longueur déterminée entre les faces amont 20 et aval 22. La ligne centrale L1 est la ligne passant par les centres géométriques des sections droites du canal de circulation 24. Dans l'exemple représenté, c'est la droite parallèle à l'axe du monolithe amont 924. Elle est perpendiculaire aux faces amont 20 et aval 22 et passe en leurs centres. Le tronçon d'injection 18 comporte une coupelle 28 disposée à l'intérieur du canal 24 de circulation dans le trajet du flux de gaz d'échappement. Cette coupelle 28 est appelée déversoir. Le déversoir 28 a un fond s'enroulant en spirale autour de la ligne centrale L1 du tronçon d'injection 18 et une grande ouverture 29 à l'extrémité de la spirale la plus écartée de la face amont 20. L'ouverture 29 est inclinée à la fois par rapport à la ligne centrale L1 et par rapport à un plan perpendiculaire à la ligne centrale L1. Le diamètre de la coupelle 28 est égal au diamètre intérieur du canal de circulation 24 des gaz d'échappement. Elle s'étend dans toute la section droite du canal de circulation 24. Le bord périphérique de la coupelle 28 porte contre la surface interne du canal de circulation 24. La forme spiralée du déversoir 28 initie le mouvement tournant des gaz d'échappement, la seule échappatoire étant en aval. Les gaz d'échappement réalisent environ un tour complet. La partie la plus haute du déversoir 28 est à environ 6 mm de la face 20 de sortie du monolithe amont 924. Selon une variante, cette distance peut être augmentée jusqu'à 10 mm pour ne pas augmenter d'une façon trop importante la contre pression. En outre, le tronçon d'injection 18 comporte une seconde coupelle 30, appelée « canal », disposée à l'intérieur du canal 24 de circulation entre la première coupelle 28 et la face aval 22, la seconde coupelle 30 ayant un fond s'enroulant en spirale autour de la ligne centrale L1 du tronçon d'injection 18. De préférence, le fond de la seconde coupelle 30 s'enroule en spirale autour de la ligne centrale L1 du tronçon d'injection 18 en faisant trois quarts de tour.
La seconde coupelle 30 a une ouverture à l'extrémité de la spirale la plus écartée de la face amont 20. Cette ouverture est limitée par les deux bords extrêmes du fond en spirale de la seconde coupelle 30 et par la paroi du conduit de circulation 24. Le diamètre de la seconde coupelle 30 est égal au diamètre intérieur du canal de circulation 24 des gaz d'échappement. Elle s'étend dans toute la section droite du canal de circulation 24, le bord périphérique de la coupelle 30 portant contre la surface interne du canal de circulation 24. Les deux coupelles 28, 30 définissent entre elles un conduit en spirale, allant de l'ouverture 29 du déversoir 28 à l'ouverture de la coupelle 30 et s'étendant sur au moins 180°, de préférence 275°. Ce conduit en spirale est limité latéralement par la surface interne du canal de circulation 24. Le conduit en spirale et les ouvertures des coupelles offrent aux gaz d'échappement une section sensiblement supérieure à 2300 mm2 et de préférence au minimum de 2375 mm2. Cette section correspond à la section d'un tube de 55 mm de diamètre, utilisé couramment dans les lignes d'échappement et en particulier dans la zone d'injection. L'ouverture de la première coupelle 28 et l'ouverture de la seconde coupelle 30 sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre autour de la ligne centrale L1, de telle sorte à empêcher tout trajet direct parallèle à la ligne centrale L1 du tronçon d'injection du flux de gaz d'échappement.
Le tronçon d'injection a une paroi latérale cylindrique de diamètre environ 150 mm, c'est-à-dire sensiblement égal aux diamètres des dispositifs de traitement des gaz et une longueur comprise entre 40 et 140 mm. De préférence, la distance entre la face amont 20 et la face aval 22 est comprise entre 60 et 100 mm. La paroi latérale est venue de matière de la partie d'enveloppe aval 23. Les deux coupelles sont fixées à la paroi latérale, par exemple par des soudures.
La paroi latérale comprend un orifice destiné à introduire et fixer l'injecteur de réactif 26, ici l'urée, à la paroi entre la première coupelle 28 et la seconde coupelle 30. L'injecteur est orienté de telle sorte que la direction d'injection soit perpendiculaire à cette paroi latérale. Selon une variante, l'injecteur est orienté de telle sorte que la direction d'injection a un angle compris entre 40 ° et 45 ° par rapport à la tangente à la paroi latérale de façon à rendre le jet co-courant avec les gaz d'échappement. Selon une autre variante illustrée en traits mixtes sur la Figure 6, l'injecteur 26 est orienté de telle sorte que la direction d'injection soit parallèle à la tangente à la paroi latérale, permettant ainsi d'obtenir un tronçon d'injection 18 plus compact.
Selon une autre variante, la première coupelle 28 comprend un déflecteur local pour empêcher le contact entre le jet de gouttelettes d'urée et le monolithe amont 924. Par exemple, le déflecteur local est formé à partir du découpage de la première coupelle. Le fonctionnement de la ligne d'échappement décrite ci-dessus va maintenant être détaillé, en regard de la Figure 5 sur laquelle des veines de gaz d'échappement sont illustrées. Après avoir traversé le monolithe amont 924, les gaz d'échappement quittent le monolithe amont 924 avec une répartition sensiblement uniforme. Le flux de gaz d'échappement est laminaire et sensiblement parallèle à la ligne centrale L1. Les gaz d'échappement arrivent sur la première coupelle 28. La circulation des gaz parallèlement à la ligne centrale L1 est bloquée par la première coupelle 28, dont la forme spiralée initie le mouvement tournant des gaz. Ensuite les gaz entrent dans le canal 30, dont la forme spiralée entretient le mouvement tournant des gaz d'échappement. A la sortie de la première coupelle 28 ou déversoir, l'urée est injectée en partie amont du canal 30. La transformation de l'urée en ammoniac a lieu durant le passage des gaz dans le canal 30, c'est-à-dire pendant le temps nécessaire au gaz pour faire les trois quarts de tour. La distance moyenne parcourue par les gaz d'échappement durant ces trois quarts de tour est d'environ 180 mm. Cette distance correspond à la distance nécessaire pour transformer l'urée en ammoniac si on utilise un injecteur qui a un jet caractérisé par un diamètre moyen (SMD) de 90 µm, une vitesse d'éjection de 25 ms et un angle de dispersion de 16°.
Une fois que les gaz ont atteint l'ouverture ou sortie du canal 30, ils traversent la partie d'enveloppe aval 23 et éventuellement des tuyaux de raccord pour entrer dans l'élément de découplage mécanique 920. Les gaz ayant atteint ce stade ont déjà effectué en moyenne un peu plus d'un tour ; ils ont donc acquis une vitesse tangentielle importante et « attaquent » la surface aval 22 avec cette composante. Il est connu que cette façon d'arriver sur une surface favorise l'obtention d'une bonne répartition, uniforme, sur ladite surface. Le tronçon d'injection 18 présente typiquement une longueur de 60 mm seulement et un diamètre de 150 mm, c'est-à-dire le diamètre de l'enveloppe externe entourant le monolithe amont. Ainsi, tel que représenté sur la Figure 6, le tronçon d'injection est contenu dans un cylindre de 60 x 150 mm de diamètre et permet d'augmenter le trajet moyen des veines de gaz d'échappement d'au moins 20% par rapport à la longueur déterminée entre la face amont 20 et la face aval 22. En outre, si le débit de gaz est différent de l'exemple cité ci-dessus, alors la longueur du cylindre sera différente pour ménager une section de passage nécessaire. Si ce débit est supérieur, alors la distance entre les faces amont et aval devra être augmentée. S'il est inférieur, alors elle pourra être diminuée. Ce mode de réalisation peut être utilisé en partie horizontale ou verticale, sous plancher ou sous collecteur (en position rapprochée) d'un véhicule automobile.
Ce système fonctionne bien entendu avec tous les types d'injecteur d'urée, mais il est évident que les caractéristiques de ces différents injecteurs présentent une large gamme de jets. Ces jets ont des cônes larges ou fins, des diamètres moyens variables pour des gouttelettes très fines ou assez grosses et des vitesses d'éjection plus ou moins importante.
Par conséquent, pour assurer une homogénéisation optimale, comme visible sur la Figure 7, la première coupelle 28 comporte des perforations 40 de diamètre sensiblement égal à 5mm. Par exemple, si l'injecteur 26 a un jet ayant peu d'énergie et des gouttelettes fines, alors les gouttelettes d'urée ne pénétreront pas profondément dans la veine gazeuse. La concentration en urée sur le bord extérieur du canal 30 sera donc plus importante qu'au centre. La présence de perforations 40 du déversoir 28 au dessus du bord extérieur du canal 30 permettra au gaz sortant du monolithe amont 924 de court-circuiter l'entrée du canal 30 et d'appauvrir le ratio urée/air au niveau de la périphérie du canal 30. A l'inverse, si les caractéristiques de l'injecteur 26 sont telles qu'une grande partie de l'urée se trouve à l'intérieur, dans la partie centrale, du canal 30, les perforations 40 seront à l'aplomb de cette zone.
Selon une variante illustrée sur les Figures 8 et 9, le tronçon d'injection 18 comporte un mélangeur linéaire situé entre les deux coupelles pour créer des obstacles qui ont pour but de perturber le flux afin d'homogénéiser les gaz d'échappement et l'urée ou l'ammoniac. Ce mélangeur peut avoir la forme d'ailettes 50 ou de languettes relevées fixées sur la deuxième coupelle 30 et orientées vers la première coupelle 28 (non représentée ici) telles que représentées sur la Figure 8 ou encore une forme hélicoïdale 60 telle que sur la Figure 9. Selon une autre variante présentée sur la Figure 10, la deuxième coupelle 30 comporte une couche de tricot métallique 70 (« wiremesh », en anglais) disposée sur au moins une partie de la surface de la deuxième coupelle 30. Le fait de disposer de la deuxième coupelle 30 indépendamment des autres pièces constituant le tronçon d'injection 18 avant le montage permet de déposer une couche de tricot métallique 70 dans les endroits où l'optimisation de l'évaporation et de la transformation de l'urée en ammoniac est nécessaire. En effet, il est très difficile de déposer une couche de tricot métallique 70 dans un tube d'échappement. De façon connue, l'ajout d'une couche de tricot métallique 70 permet d'augmenter la surface de contact entre l'urée et les gaz d'échappement en augmentant de façon importante la surface d'échange métal/gaz. Sur la Figure 10, la partie du canal 30 recouverte par le tricot métallique 70 est plus chaude qu'une paroi externe, par conséquent l'évaporation et la transformation de l'urée en ammoniac y sera plus facile et plus rapide. Il est également possible de fixer une couche de tricot métallique 70 sur la partie inférieure de la première coupelle 28 (non représentée ici) en regard de la seconde coupelle 30. Il est bien entendu que le tronçon d'injection 18 peut comporter une ou plusieurs de ces variantes destinées à obtenir une homogénéisation optimale du mélange gaz/ammoniac, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Un deuxième mode de réalisation du tronçon d'injection 318 est illustré sur les Figures 11 (vue de profil), 12 et 13 (vues en perspective). Le tronçon d'injection 318 comprend une première coupelle 328 et une seconde coupelle 330. La partie d'enveloppe aval 23 est fixée de manière étanche aux gaz d'échappement à la partie inférieure de l'enveloppe externe 926 du catalyseur d'oxydation 922. Les deux coupelles 328, 330 sont à l'intérieur de la partie d'enveloppe aval 23. La première coupelle 328 a un fond s'enroulant en spirale autour de la ligne centrale L1 du tronçon d'injection 318. La première coupelle 328 présente une concavité tournée vers la face aval 22, de telle sorte que le fond de la première coupelle 328 forme un couvercle de la seconde coupelle 330. La première coupelle 328 a une grande ouverture 329 à l'extrémité de la spirale la plus proche de la face amont 20. L'ouverture 329 est inclinée à la fois par rapport à la ligne centrale L1 et par rapport à un plan perpendiculaire à la ligne centrale L1. La première coupelle 328 présente un rebord périphérique 350 prolongeant le fond de la première coupelle 328 et s'étendant sensiblement perpendiculairement à la ligne centrale L1, le rebord périphérique 350 traversant une lumière périphérique 352 ménagée dans la partie amont de la partie d'enveloppe aval 23. Le rebord périphérique 350 de la première coupelle 328 est fixé de manière étanche aux gaz d'échappement à la partie d'enveloppe aval 23, par exemple par soudure. Le fond de la première coupelle 328 comporte en outre des perforations 340 permettant d'assurer une homogénéisation optimale des gaz d'échappement. La seconde coupelle 330 est disposée entre la première coupelle 328 et la face aval 22, la seconde coupelle 330 ayant un fond s'enroulant en spirale autour de la ligne centrale L1 du tronçon d'injection 318. De préférence, le fond de la seconde coupelle 330 s'enroule en spirale autour de la ligne centrale L1 du tronçon d'injection 318 en faisant au moins trois quarts de tour. La seconde coupelle 330 a une ouverture 354 à l'extrémité de la spirale la plus écartée de la face amont 20. Cette ouverture 354 est limitée par les deux bords extrêmes 356A, 3566 du fond en spirale de la seconde coupelle 330 et par la paroi périphérique 358 de la seconde coupelle 330, la paroi périphérique 358 de la seconde coupelle 330 portant contre la surface interne du canal de circulation. La seconde coupelle 330 présente un rebord périphérique 360 prolongeant la paroi périphérique 358 de la seconde coupelle 330 et s'étendant sensiblement perpendiculairement à la ligne centrale L1, le rebord périphérique 360 traversant la lumière périphérique 352 ménagée dans la partie amont de la partie d'enveloppe aval 23. Le rebord périphérique 360 de la seconde coupelle 330 est fixé de manière étanche aux gaz d'échappement à la partie d'enveloppe aval 23, par exemple par soudure.
Les rebords périphériques 350, 360 des première et seconde coupelles 328, 330 sont ainsi disposées en regard et au contact l'un de l'autre et sont fixés l'un à l'autre de manière étanche aux gaz d'échappement, par exemple par soudure. Les deux coupelles 328, 330 définissent entre elles un conduit en spirale, allant de l'ouverture 329 de la première coupelle 328 à l'ouverture 354 de la seconde coupelle 330 et s'étendant sur au moins 180°, de préférence sur au moins 275°.
La seconde coupelle 330 comporte en outre un becquet 380 disposé à son extrémité aval, c'est-à-dire à l'extrémité de la spirale la plus écartée de la face amont 20. Le becquet 380 prolonge le fond de la seconde coupelle 330 vers la face amont 20 et vers l'extérieur du conduit en spirale, et est délimité par le bord extrême 3566. Le becquet 380 forme ainsi une rainure convexe s'ouvrant vers la face amont 20. En exemple, le becquet 380 possède un rayon de courbure de 5,5 mm et une hauteur de 7 mm, la hauteur du becquet 380 pouvant être augmentée jusqu'à 10 mm. Le becquet 380 s'étend angulairement sur 10°, cette valeur pouvant être augmentée jusqu'à 90 °.
Le becquet 380 permet de limiter la concentration en ammoniac juste après l'ouverture 354 comme cela sera expliqué plus en détail ultérieurement. L'injecteur de réactif (non représenté) est prévu pour injecter dans le conduit en spirale délimité par les deux coupelles 328, 330. A cet effet, il est fixé sur le fond de la première coupelle 328, à proximité de l'ouverture 329.
Selon une variante, l'injecteur est fixé sur la paroi périphérique 358 de la deuxième coupelle 330. Le fonctionnement de la ligne d'échappement selon le deuxième mode de réalisation décrit ci-dessus va maintenant être détaillé, en regard de la Figure 11 sur laquelle le flux de gaz d'échappement est représenté par des flèches.
Comme précédemment, les gaz d'échappement arrivent sur la première coupelle 328. Les gaz sont collectés par la première coupelle 328 après avoir traversé le monolithe amont 924. Ensuite les gaz d'échappement pénètrent dans le conduit en spirale par l'ouverture 329 ou par les perforations 340 et circulent dans le conduit en spirale jusqu'à l'ouverture 354. A l'entrée du conduit en spirale, l'urée est injectée et se transforme en ammoniac durant le passage des gaz d'échappement dans le conduit en spirale. A la sortie du conduit en spirale, le becquet 380 force la couche basse de gaz d'échappement, c'est-à-dire la couche de gaz proche de la seconde coupelle 330 et fortement chargée en ammoniac, à brutalement changer de direction pour se diriger vers le haut, c'est-à-dire vers la face amont 20, et se mélanger à la couche de gaz située juste au-dessus d'elle, cette couche médiane étant moins chargée en ammoniac. Les gaz d'échappement à la sortie de la seconde coupelle 330 présentent alors une concentration en ammoniac moyenne et homogène.
De plus, la déviation soudaine de la couche basse de gaz par le becquet 380 crée une dépression juste à la sortie de la seconde coupelle 330, dans la zone référencée D sur la Figure 11. Cette dépression aspire les gaz d'échappement situés entre la sortie de la seconde coupelle 330 et la face aval 22, permettant une meilleure rotation des gaz d'échappement sur la face aval 22. En exemple, dans le cas d'un tronçon d'injection 318 de 150 mm de diamètre et de 70 mm de longueur, l'indice d'uniformité de l'ammoniac sur la face aval 22 est augmenté de 5 à 9 centièmes. En outre, de la même manière que dans les cas précédents, un mélangeur linéaire peut être intégré à l'intérieur du conduit en spirale et/ou une partie des parois du conduit en spirale peut comporter un tricot métallique afin d'assurer une homogénéisation optimale des gaz et de l'urée et/ou l'ammoniac. L'avantage de ce mode de réalisation est que la distribution de l'ammoniac sur la face aval 22 est améliorée, l'ammoniac étant ainsi uniformément réparti sur la face aval. Un troisième mode de réalisation du tronçon d'injection 418 est illustré sur les Figures 14, 15 (vues de profil) et 16 (vue en perspective). Le tronçon d'injection 418 comprend une première coupelle 428 et une seconde coupelle 430. La partie d'enveloppe aval 23 est fixée de manière étanche aux gaz d'échappement à l'enveloppe externe 926 du catalyseur d'oxydation 922 par l'intermédiaire de la seconde coupelle 430. Les deux coupelles 428, 430 sont disposées à la jonction entre l'enveloppe externe amont 926 et la partie d'enveloppe aval 23, la première coupelle 428 étant à l'intérieur de l'enveloppe externe amont 926 et la seconde coupelle 430 étant à l'intérieur de la partie d'enveloppe aval 23. La première coupelle 428 s'ouvre vers la face aval 22 et comporte une paroi arrondie sans aucune arête vive. Cette paroi présente une zone centrale 450 en creux tournée vers la face amont 20 et une zone périphérique 452 en saillie vers la face amont 20 entourant la zone centrale en creux 450. La zone périphérique en saillie 452 comprend un tronçon périphérique bas 454 et un tronçon périphérique haut 456 opposés, le tronçon périphérique bas 454 possédant une hauteur axiale le long de la ligne centrale L1 réduite par rapport à celle du tronçon périphérique haut 456. Les tronçons périphériques bas 454 et haut 456 sont reliés l'un à l'autre par deux tronçons périphériques latéraux 458 opposés. La première coupelle 428 est symétrique par rapport à un plan passant par la ligne centrale L1 du tronçon d'injection 418 et par l'injecteur 436 de réactif (Figure 15). Une grande ouverture 429 est pratiquée dans la paroi de la première coupelle 428 entre la zone centrale en creux 450 et le tronçon périphérique haut 456 de la zone périphérique en saillie 452. L'ouverture 429 est inclinée à la fois par rapport à la ligne centrale L1 et par rapport à un plan perpendiculaire à la ligne centrale L1. L'ouverture 429 possède une forme sensiblement triangulaire arrondie, un des sommets se trouvant vers l'injecteur 436. La première coupelle 428 présente un rebord périphérique 460 prolongeant la paroi de la première coupelle 428 et s'étendant sensiblement perpendiculairement à la ligne centrale L1. Le rebord périphérique 460 de la première coupelle 428 est fixé de manière étanche aux gaz d'échappement à la seconde coupelle 430, par exemple par soudure. La seconde coupelle 430 est disposée entre la première coupelle 428 et la face aval 22.
La seconde coupelle 430 s'ouvre vers la face amont 20 et comporte une paroi arrondie sans aucune arête vive. Cette paroi présente une zone centrale 462 en saillie vers la face amont 20 et une zone périphérique 464 en creux tournée vers la face amont 20 entourant la zone centrale 462. La zone périphérique en creux 464 comprend un tronçon périphérique bas 466 et un tronçon périphérique haut 468 opposés, le tronçon périphérique bas 466 possédant une hauteur axiale le long de la ligne centrale L1 réduite par rapport à celle du tronçon périphérique haut 468. Les tronçons périphériques bas 466 et haut 468 sont reliés l'un à l'autre par deux tronçons périphériques latéraux 470 opposés. La seconde coupelle 430 est symétrique par rapport à un plan passant par la ligne centrale L1 du tronçon d'injection 418 et par l'injecteur 436 de réactif (Figure 15). Une ouverture 472 est pratiquée dans la paroi de la seconde coupelle 430 entre la zone centrale en saillie 462 et le tronçon périphérique bas 466 de la zone périphérique en creux 464. L'ouverture 472 est inclinée à la fois par rapport à la ligne centrale L1 et par rapport à un plan perpendiculaire à la ligne centrale L1. L'ouverture 472 possède une forme en croissant de lune arrondi, le grand côté se trouvant à l'opposé de l'injecteur 436. L'ouverture 429 de la première coupelle 428 et l'ouverture 472 de la seconde coupelle 430 sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre autour de la ligne centrale L1 sensiblement de 180°. Selon une variante, une deuxième ouverture est prévue dans la paroi de la première coupelle 428 entre la zone centrale en creux 450 et le tronçon périphérique bas 454 de la zone périphérique en saillie 452, à l'opposé de l'injecteur 436 et sensiblement au droit de l'ouverture 472 de la seconde coupelle 430, de manière à court-circuiter l'ouverture 429 pour qu'une partie des gaz atteigne directement l'ouverture 472 sans passer par le canal de circulation, diminuant ainsi la contre-pression.
La seconde coupelle 430 présente un rebord périphérique 474 prolongeant la paroi de la seconde coupelle 430 et s'étendant sensiblement perpendiculairement à la ligne centrale L1. Le rebord périphérique 474 de la seconde coupelle 430 est fixé de manière étanche aux gaz d'échappement à l'enveloppe externe amont 926 et la partie d'enveloppe aval 23 ainsi qu'au rebord périphérique 460 de la première coupelle 428, par exemple par soudure.
Les deux coupelles 428, 430 assemblées présentent une forme de « donut » et définissent entre elles deux conduits demi-annulaires, allant de l'ouverture 429 de la première coupelle 428 à l'ouverture 472 de la seconde coupelle 430. L'injecteur 436 de réactif est prévu pour injecter dans les deux conduits demi-annulaires délimités par les deux coupelles 428, 430. A cet effet, il est fixé sur le tronçon périphérique haut 456 de la zone périphérique 452 de la première coupelle 428, à proximité de l'ouverture 429. L'injecteur 436 est orienté sensiblement à 45° par rapport à la ligne centrale L1 de telle sorte que le jet soit dirigé vers la zone centrale en saillie 462 de la seconde coupelle 430. Selon une variante, l'injecteur 436 est orienté de telle sorte que la direction d'injection soit perpendiculaire aux deux conduits demi-annulaires. Selon une autre variante, l'injecteur 436 est orienté de telle sorte que la direction d'injection soit parallèle à la tangente aux deux conduits demi-annulaires, permettant ainsi d'obtenir un tronçon d'injection 418 plus compact. Le fonctionnement de la ligne d'échappement selon le troisième mode de réalisation décrit ci-dessus va maintenant être détaillé, en regard des Figures 14 et 15 sur lesquelles le flux de gaz d'échappement est représenté par des flèches. Comme précédemment, les gaz d'échappement arrivent sur la première coupelle 428. Les gaz sont collectés par la première coupelle 428 après avoir traversé le monolithe amont 924.
Ensuite les gaz d'échappement pénètrent dans le canal de circulation par l'ouverture 429 (Figure 14). A l'entrée du canal de circulation, l'urée est injectée et se transforme en ammoniac durant le passage des gaz d'échappement dans le canal de circulation. En raison de l'orientation de l'injecteur 436, le flux de gaz se répartit entre les deux conduits demi-annulaires. Une première partie du flux de gaz emprunte ainsi un des conduits demi-annulaires et circule le long de ce conduit selon un mouvement hélicoïdal autour de la ligne centrale de ce conduit jusqu'à l'ouverture 472. La forme arrondie des deux coupelles 428, 430 initie le mouvement tournant de cette première partie du flux de gaz qui réalise au moins un tour complet, voire jusqu'à quatre tours complets autour de la ligne centrale, dans un sens anti-horaire sur la Figure 15.
Pendant ce temps, une seconde partie du flux de gaz emprunte l'autre des conduits demi-annulaires et circule le long de ce conduit selon un mouvement hélicoïdal autour de la ligne centrale de ce conduit jusqu'à l'ouverture 472. La forme arrondie des deux coupelles 428, 430 initie le mouvement tournant de cette seconde partie du flux de gaz qui réalise au moins un tour complet, voire jusqu'à quatre tours complets autour de la ligne centrale, dans un sens horaire sur la Figure 15. Une fois que lez gaz ont traversé l'ouverture 472, ils vont traverser l'élément de découplage 920, par l'intermédiaire de la partie d'enveloppe aval 23 et éventuellement de tuyaux de raccord.
En outre, de la même manière que dans les cas précédents, un mélangeur linéaire peut être intégré à l'intérieur du canal de circulation et/ou une partie des parois du canal de circulation peut comporter un tricot métallique afin d'assurer une homogénéisation optimale des gaz et de l'urée et/ou l'ammoniac. L'avantage de ce mode de réalisation est qu'il permet un excellent mélange des gaz et de l'urée et/ou ammoniac. La ligne d'échappement selon l'invention présente l'avantage de réduire la distance entre les faces amont et aval tout en conservant une longueur suffisante de trajectoire des gaz pour assurer la transformation de l'urée en ammoniac. Le trajet est suffisamment long pour que la réaction qui transforme l'urée, injectée dans les gaz d'échappement, en ammoniac soit totale mais aussi que le mélange final gaz d'échappement / ammoniac soit le plus homogène possible. Ainsi, la ligne d'échappement selon le premier mode de réalisation de l'invention permet de protéger l'élément de découplage mécanique contre les dépôts, les risques de corrosion et autres défaillances mécaniques. En effet, l'ensemble moyens d'injection/mélangeur est très compact et permet d'assurer la décomposition totale de l'urée en ammoniac dans un encombrement réduit, notamment avant que les gaz d'échappement ne traversent l'élément de découplage mécanique. De plus, la ligne d'échappement selon l'invention permet de réaliser la transformation de l'urée au plus tôt, c'est-à-dire très rapidement après le démarrage du véhicule. En effet, l'ensemble moyens d'injection/mélangeur étant disposé très en amont dans la ligne d'échappement, les coupelles du mélangeur atteindront la température de décomposition de l'urée, qui est de l'ordre de 180°C, très tôt au cours du cycle de roulage. Or cette température de décomposition est déterminante pour l'amorçage du catalyseur SCR, qui s'effectue à une température de l'ordre de 150 à 160°C.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention illustré sur la Figure 3, l'ensemble formé par les moyens d'injection 934 et le mélangeur 936 est intégré au deuxième dispositif 918 de purification des gaz d'échappement et disposé en amont du catalyseur SCR 928. Cet ensemble est ainsi intercalé dans le conduit froid 914 de la ligne d'échappement 910 (Figure 1). L'ensemble formé par les moyens d'injection 934 et le mélangeur 936 est directement relié à l'élément de découplage mécanique 920 et disposé directement en aval de l'élément de découplage mécanique 920. En effet, dans ce deuxième mode de réalisation, aucun élément autre que des tuyaux de raccord et/ou des parties d'enveloppe n'est interposé entre l'ensemble formé par les moyens d'injection 934 et le mélangeur 936 et l'élément de découplage mécanique 920 situé en amont de cet ensemble. En particulier, aucun dispositif de purification des gaz d'échappement, notamment aucun DOC, n'est disposé entre l'ensemble et l'élément de découplage mécanique 920. Les moyens d'injection 934 et le mélangeur 936 sont identiques à ceux décrits pour le premier mode de réalisation, le tronçon d'injection 18 étant disposé entre une face amont 20 définie par exemple par un plan à partir duquel la section transversale de la partie d'enveloppe amont 25 arrête d'augmenter et est sensiblement constante et une face aval 22 définie par le monolithe aval 930 du catalyseur SCR 928. Ainsi, la face amont 20 est la face par laquelle les gaz d'échappement quittent l'élément de découplage mécanique 920, par l'intermédiaire de la partie d'enveloppe amont 25 et éventuellement de tuyaux de raccord, et entrent dans le mélangeur 936, et la face aval 22 est la face par laquelle les gaz d'échappement quittent le mélangeur 936 et entrent dans le monolithe aval 930. Ainsi, la ligne d'échappement selon le deuxième mode de réalisation de l'invention permet d'améliorer l'amorçage du catalyseur SCR. En effet, l'ensemble moyens d'injection/mélangeur étant très compact, la distance entre l'élément de découplage mécanique et le catalyseur SCR est limitée. Ainsi, les échanges thermiques avec l'extérieur sont limités, ce qui permet de conserver l'énergie nécessaire à l'évaporation de l'urée, puis à la transformation de cette dernière ainsi qu'à l'amorçage des réactions de catalyse SCR, sans avoir besoin d'isoler de quelque manière que ce soit. Par ailleurs, les coupelles du mélangeur étant à la température des gaz d'échappement, ceci permet de limiter l'apparition de dépôts sur ces coupelles. En effet, lorsque les coupelles sont à la température des gaz d'échappement, cette température est suffisante pour évaporer complètement l'eau et l'urée. De plus, l'injection de l'urée se faisant en aval de l'élément de découplage mécanique, ce dernier est préservé de tout dépôt lié à l'urée ou à sa transformation.
L'invention permet donc, grâce à un ensemble moyens d'injection/mélangeur compact, de placer cet ensemble à différents endroits de la ligne d'échappement.
Plus cet ensemble est disposé près du moteur, plus la dépollution des gaz d'échappement est efficace et peu coûteuse à réaliser, la température de décomposition de l'urée étant atteinte rapidement et maintenue à l'aide de matériaux économiques utilisés pour le mélangeur.
Lorsqu'il n'est pas possible de rapprocher l'ensemble du moteur, par exemple lorsque la place disponible sous plancher n'est pas suffisante, l'invention permet quand même de réaliser une conversion efficace des oxydes d'azote tôt dans le roulage véhicule. En effet, la géométrie de l'ensemble compact assure, sur une distance très courte, la transformation de l'urée en ammoniaque, l'homogénéisation du mélange gaz d'échappement/ammoniaque, une bonne répartition d'ammoniaque en entrée du catalyseur SCR et l'amorçage de ce dernier, et le tout le plus tôt possible durant le roulage véhicule. De plus, la ligne d'échappement selon l'invention est compatible avec une injection d'agent réducteur sous forme gazeuse, notamment d'ammoniaque. Dans ce cas, on remplace l'injecteur d'urée par un système d'injection spécifique pour l'ammoniaque.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS1.- Ligne d'échappement (910) pour véhicule automobile du type comprenant : - un conduit chaud (912) de circulation des gaz d'échappement ; - un conduit froid (914) de circulation des gaz d'échappement ; - un élément de découplage mécanique (920) reliant l'extrémité aval du conduit chaud (912) à l'extrémité amont du conduit froid (914) ; - un dispositif (928) de traitement des oxydes d'azote ; et - des moyens d'injection (934) destinés à injecter ou à produire un réactif dans la ligne d'échappement (910) en amont du dispositif (928) de traitement des oxydes d'azote, caractérisée en ce qu'elle comprend un mélangeur (936) destiné à mélanger les gaz d'échappement et le réactif injecté ou produit par les moyens d'injection (934), le mélangeur (936) étant disposé en amont du dispositif (928) de traitement des oxydes d'azote, le dispositif (928) de traitement des oxydes d'azote étant intercalé dans le conduit froid (914) en aval de l'élément de découplage mécanique (920), et les moyens d'injection (934) et le mélangeur (936) formant un ensemble directement relié à l'élément de découplage mécanique (920).
    2.- Ligne d'échappement (910) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble formé par les moyens d'injection (934) et le mélangeur (936) est intercalé dans le conduit chaud (912) directement en amont de l'élément de découplage mécanique (920).
    3.- Ligne d'échappement (910) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble formé par les moyens d'injection (934) et le mélangeur (936) est intercalé dans le conduit froid (914) directement en aval de l'élément de découplage mécanique (920).
    4.- Ligne d'échappement (910) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif (928) de traitement des oxydes d'azote est un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote.
    5.- Ligne d'échappement (910) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un catalyseur d'oxydation (922) disposé en amont de l'ensemble formé par les moyens d'injection (934) et le mélangeur (936).
    6.- Ligne d'échappement (910) selon la revendication 5, caractérisée en ce que le mélangeur (936) comporte un tronçon d'injection (18 ; 318 ; 418) disposé entre une face amont (20) et une face aval (22) définies respectivement par l'entrée des gaz d'échappement dans et la sortie des gaz d'échappement hors du mélangeur (936), le tronçon d'injection (18 ; 318 ; 418) comprenant un canal de circulation (24) des gaz d'échappement s'étendant de la face amont (20) à la face aval (22), le canal de circulation (24) ayant une ligne centrale (L1) présentant une longueur déterminée entre les facesamont (20) et aval (22), les moyens d'injection (934) comportant un injecteur (26 ; 436) de réactif monté sur le tronçon d'injection (18 ; 318 ; 418) et apte à injecter ou à produire un réactif dans le tronçon d'injection (18 ; 318 ; 418), le tronçon d'injection (18 ; 318 ; 418) comprenant au moins une première coupelle (30 ; 330 ; 430) disposée à l'intérieur du canal de circulation (24) de telle sorte que le trajet moyen des gaz d'échappement dans le canal de circulation (24) soit supérieur d'au moins 20% par rapport à la longueur déterminée.
    7.- Ligne d'échappement (910) selon la revendication 6, caractérisée en ce que la longueur déterminée est sensiblement comprise entre 40 et 140 mm.
    8.- Ligne d'échappement (910) selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que la première coupelle (30 ; 330) a un fond s'enroulant en spirale autour de la ligne centrale (L1) du tronçon d'injection (18 ; 318).
    9.- Ligne d'échappement (910) selon la revendication 8, caractérisée en ce que le fond de la première coupelle (30 ; 330) s'enroule en spirale autour de la ligne centrale (L1) du tronçon d'injection (18 ; 318) en faisant trois quarts de tour.
    10.- Ligne d'échappement (910) selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que la première coupelle (30 ; 330) a une ouverture (354) à l'extrémité de la spirale la plus écartée de la face amont (20).
    11.- Ligne d'échappement (910) selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que la première coupelle (330) comporte un becquet (380) à l'extrémité de la spirale la plus écartée de la face amont (20).
    12.- Ligne d'échappement (910) selon la revendication 11, caractérisée en ce que le becquet (380) prolonge le fond de la première coupelle (330) vers la face amont (20) et vers l'extérieur de la spirale.
    13.- Ligne d'échappement (910) selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisée en ce que le tronçon d'injection (18 ; 318) comporte une seconde coupelle (28 ; 328) disposée à l'intérieur du canal de circulation (24) entre la face amont (20) et la première coupelle (30 ; 330), la seconde coupelle (28 ; 328) ayant un fond s'enroulant en spirale autour de la ligne centrale (L1) du tronçon d'injection (18 ; 318).
    14.- Ligne d'échappement (910) selon la revendication 13, caractérisée en ce que la seconde coupelle (28) a une ouverture (29) à l'extrémité de la spirale la plus écartée de la face amont (20).
    15.- Ligne d'échappement (910) selon la revendication 13, caractérisée en ce que la seconde coupelle (328) a une ouverture (329) à l'extrémité de la spirale la plus proche de la face amont (20).
    16.- Ligne d'échappement (910) selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisée en ce que les deux coupelles (28, 30 ; 328, 330) définissent entre elles un conduit en spirale, partant de l'ouverture (29 ; 329) de la seconde coupelle (28 ; 328) et allant à l'ouverture (354) de la première coupelle (30 ; 330), s'étendant sur au moins 180°, de préférence 275°, et ayant une section droite sensiblement supérieure à 2300 mm2.
    17.- Ligne d'échappement (910) selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que la première coupelle (430) comporte une paroi arrondie présentant une zone centrale (462) en saillie vers la face amont (20) et une zone périphérique (464) en creux tournée vers la face amont (20) entourant la zone centrale en saillie (462), une ouverture (472) étant pratiquée dans la paroi de la première coupelle (430) entre la zone centrale en saillie (462) et la zone périphérique en creux (464).
    18.- Ligne d'échappement (910) selon la revendication 17, caractérisée en ce que le tronçon d'injection (418) comporte une seconde coupelle (428) disposée à l'intérieur du canal de circulation (24) entre la face amont (20) et la première coupelle (430), la seconde coupelle (428) comportant une paroi arrondie présentant une zone centrale (450) en creux tournée vers la face amont (20) et une zone périphérique (452) en saillie vers la face amont (20) entourant la zone centrale en creux (450), et une ouverture (429) étant pratiquée dans la paroi de la seconde coupelle (428) entre la zone centrale en creux (450) et la zone périphérique en saillie (452).
    19.- Ligne d'échappement (910) selon la revendication 18, caractérisée en ce que les première et seconde coupelles (428, 430) sont conformées pour conférer un mouvement hélicoïdal aux gaz d'échappement depuis l'ouverture (429) de la seconde coupelle (428) jusqu'à l'ouverture (472) de la première coupelle (430).
    20.- Ligne d'échappement (910) selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, ou selon les revendications 18 ou 19, caractérisée en ce que l'injection du réactif est réalisée entre la première coupelle (30 ; 330 ; 430) et la seconde coupelle (28 ; 328 ; 428).
    21.- Ligne d'échappement (910) selon la revendication 14 ou 15 en combinaison avec la revendication 10 ou selon les revendications 18 ou 19, caractérisée en ce que l'ouverture (354 ; 472) de la première coupelle (30 ; 330 ; 430) et l'ouverture (29 ; 329 ; 429) de la seconde coupelle (28 ; 328 ; 428) sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre autour de la ligne centrale (L1).
    22.- Ligne d'échappement (910) selon l'une quelconque des revendications 6 à 21, caractérisée en ce que la coupelle (28 ; 328 ; 428) a des perforations (40 ; 340) de diamètre sensiblement égal à 5 mm ou une ouverture. 24
    23.- Ligne d'échappement (910) selon l'une quelconque des revendications 6 à 22, caractérisée en ce que la première coupelle (30 ; 330 ; 430) comprend une couche de tricot métallique (70) sur au moins une partie de sa surface.
    24.- Ligne d'échappement (910) selon l'une quelconque des revendications 6 à 23, caractérisée en ce que l'injecteur (26 ; 436) de réactif est orienté de telle sorte que la direction d'injection est perpendiculaire au tronçon d'injection (18 ; 318 ; 418).
    25.- Ligne d'échappement (910) selon l'une quelconque des revendications 6 à 23, caractérisée en ce que l'injecteur (26 ; 436) de réactif est orienté de telle sorte que la direction d'injection est parallèle à la tangente au tronçon d'injection (18 ; 318 ; 418).10
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