FR2972021A1 - Dispositif de protection d'un injecteur de reducteur - Google Patents

Dispositif de protection d'un injecteur de reducteur Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de protection (6) d'un injecteur de réducteur dans une ligne d'échappement (1), comprenant une paroi déflectrice (8) adaptée à dévier un flux de gaz d'échappement (9) provenant d'une portion amont (4) de la ligne (1) de sorte que ce flux (9) n'entre pas en contact avec l'injecteur, et comprenant une ouverture (11) associée à une cloison orientée de sorte qu'une partie de ce flux (9) traverse l'ouverture (11) et forme dans le dispositif de protection (6) un flux tourbillonnaire (13) s'écoulant vers une portion aval (5) de la ligne (1) en accompagnant le flux de réducteur. Selon l'invention, la paroi déflectrice (8) porte à son extrémité aval un mixeur statique adapté à pulvériser les gouttes de réducteur et à les homogénéiser avec les gaz d'échappement environnant.

Description

DISPOSITIF DE PROTECTION D'UN INJECTEUR DE REDUCTEUR
[1] L'invention concerne un dispositif de protection d'un injecteur de réducteur dans une conduite d'échappement d'un moteur à combustion, ainsi qu'une ligne d'échappement comportant un tel dispositif. [2] On connaît une telle ligne d'échappement comprenant une conduite d'échappement, une conduite annexe débouchant dans la conduite d'échappement entre une portion amont et une portion aval de cette dernière, un injecteur de réducteur fixé dans la conduite annexe et orienté de façon à générer un flux de réducteur dans la portion aval, un dispositif de protection de l'injecteur fixé dans la conduite annexe et comprenant une paroi déflectrice qui est adaptée à empêcher un flux de gaz d'échappement provenant de la portion amont d'entrer en contact avec l'injecteur et qui comprend une ouverture associée à une cloison orientée de sorte qu'une partie de ce flux traverse l'ouverture et forme dans le dispositif de protection un flux tourbillonnaire accompagnant vers la portion aval le flux de réducteur, la ligne d'échappement comprenant également un mixeur statique adapté à pulvériser les gouttes de réducteur et à les homogénéiser avec les gaz d'échappement environnant. Une telle ligne d'échappement permet d'injecter un réducteur qui est utilisé pour une réduction catalytique des oxydes d'azote émis par la combustion d'un carburant par le moteur à combustion, de protéger thermiquement l'injecter du flux de gaz d'échappement (pouvant atteindre 600 °C), de limiter les risques d'encrassement de l'injecteur, et d'homogénéiser le réducteur avec les gaz d'échappement afin d'améliorer l'efficacité de la réduction catalytique. [003] Comme illustré par la demande de brevet US 2010/21292, dans une telle ligne d'échappement, afin de mélanger au mieux le flux de réducteur avec le flux des gaz d'échappement, le mixeur statique est porté par la portion aval de la conduite d'échappement et s'étend sur toute la circonférence de cette dernière. Cependant, la perte de charge d'une telle disposition est particulièrement importante. [4] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. [5] Selon un premier aspect, l'invention concerne un dispositif de protection d'un injecteur de réducteur dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion, le dispositif de protection comprenant une paroi déflectrice qui est adaptée à empêcher un flux de gaz d'échappement provenant d'une portion amont de la ligne d'échappement d'entrer en contact avec l'injecteur, la paroi déflectrice comprenant une ouverture qui est associée à une cloison orientée de sorte qu'une partie de ce flux traverse l'ouverture et forme dans le dispositif de protection un flux tourbillonnaire accompagnant le flux de réducteur vers une portion aval de la ligne d'échappement, caractérisé en ce que la paroi déflectrice porte à son extrémité aval un mixeur statique adapté à pulvériser les gouttes de réducteur et à les homogénéiser avec les gaz d'échappement environnant. [6] Par cette disposition particulière, il n'y a plus d'étape de mise en place du mixeur dans la conduite d'échappement du fait que la mise en place de ce dernier est réalisée lors de la mise en place du dispositif de protection. De plus, le mixeur étant porté par la paroi déflectrice qui s'étend essentiellement selon les directions principales du flux de gaz d'échappement externe au dispositif de protection et du flux interne à ce dispositif formé par le flux tourbillonnant et le flux de réducteur (et non pas porté par des dispositifs de fixation reliant le mixeur à la paroi de la conduite d'échappement qui s'étendent essentiellement selon une direction normale à la direction principale du flux de gaz d'échappement), les pertes de charge sont considérablement réduites. En outre, du fait de la libération du mixeur de la paroi de la conduite d'échappement, les dimensions du mixeur peuvent être adaptées au flux de réducteur, et sa position peut être adaptée à la configuration de la ligne d'échappement afin de limiter les pertes de charge. [7] Selon un premier mode de réalisation de ce premier aspect, le mixeur statique a une forme annulaire. Cette forme permet d'optimiser la répartition du réducteur dans les gaz d'échappement. [8] Selon un deuxième mode de réalisation, la paroi déflectrice a une forme conique divergente de l'amont vers l'aval. Cette forme permet d'éviter que le flux divergent du réducteur n'entre en contact avec la paroi. [9] Selon un troisième mode de réalisation, la paroi déflectrice s'étend angulairement selon un secteur de 120° minimum à 360° maximum. [0010] Selon un quatrième mode de réalisation, le mixeur est coaxial à l'axe générateur de la paroi déflectrice. [0011] Selon un cinquième mode de réalisation, la paroi déflectrice est réalisée en un matériau et est dimensionnée de façon à être adapté à transmettre à l'injecteur, par conduction, une énergie thermique conférant à ce dernier une température comprise entre 150 et 250 °C. Ainsi, le dispositif de protection permet de limiter les détériorations de l'injecteur du fait d'une température élevée (supérieure à 250 °C) tout en évitant un encrassement de celui-ci en la maintenant à une température suffisamment importante (au moins 150 °C) à partir de laquelle les éventuels cristaux de réducteurs qui tendent à s'accumuler fondent (en ce qui concerne l'urée, la température de fusion est proche de 135 °C) et sont donc entraînés par l'aspiration du flux tourbillonnaire. [0012] Selon un second aspect, l'invention concerne une ligne d'échappement d'un moteur à combustion, comprenant une conduite d'échappement, une conduite annexe débouchant dans la conduite d'échappement entre une portion amont et une portion aval de cette dernière, un injecteur de réducteur fixé dans la conduite annexe et orienté de façon à générer un flux de réducteur dans la portion aval, un dispositif de protection conforme au premier aspect de la présente invention et fixé à la conduite annexe, et un mixeur statique adapté à pulvériser les gouttes de réducteur et à les homogénéiser avec les gaz d'échappement environnant, caractérisée en ce que le mixeur statique est porté par la paroi déflectrice. [0013] Selon un premier mode de réalisation de ce second aspect, le mixeur statique est disposé à la jonction de la conduite annexe avec la conduite d'échappement. [0014] Selon un second mode de réalisation, la paroi déflectrice s'étend angulairement selon un secteur limité à la zone recevant le flux de gaz d'échappement provenant de la portion amont. [0015] Selon un troisième mode de réalisation, l'injecteur et le dispositif de protection sont coaxiaux. [0016] Selon un quatrième mode de réalisation, l'injecteur et la portion aval sont coaxiaux. [0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - La figure 1 illustre un dispositif de protection d'un injecteur selon un premier mode de réalisation dans une ligne d'échappement, la vue étant en perspective de côté et en avant ; ^ La figure 2 illustre le dispositif de protection du premier mode de réalisation selon une vue de dessus ; - La figure 3 illustre un dispositif de protection d'un injecteur selon un second mode de réalisation dans une ligne d'échappement, la vue étant en perspective de côté et en arrière ; et ^ La figure 4 illustre le dispositif de protection du second mode de réalisation selon une vue de côté. [0018] Une ligne d'échappement 1 d'un moteur à combustion comprend une conduite d'échappement 2. La partie de la conduite d'échappement 2 concernée par la présente invention est disposée entre le moteur et un dispositif catalytique de réduction des oxydes d'azote générés par la combustion du moteur. [0019] La ligne d'échappement 1 comprend également une conduite annexe 20 débouchant dans la conduite d'échappement 2 entre une portion amont 4 et une portion aval 5 de cette conduite d'échappement 2. [0020] La ligne d'échappement 1 comprend également une embase de fixation 3 fixée à la conduite annexe 20 (en l'occurrence, au fond de cette conduite annexe 20). [0021] La ligne d'échappement 1 comprend également un injecteur de réducteur (non illustré). Cet injecteur est fixé à l'embase de fixation 3 et est orienté de façon à générer un flux de réducteur dans la portion aval 5. Dans les présents exemples, l'injecteur et la portion aval 5 sont coaxiaux. [0022] La ligne d'échappement 1 comprend aussi un dispositif de protection 6 qui est adapté à protéger l'injecteur et qui est fixé à l'embase de fixation 3.
Dans les présents exemples, le dispositif de protection 6 est sensiblement de forme cylindrique et possède un axe central 7 qui est identique à l'axe de l'injecteur. Dans les présents exemples, la fixation du dispositif de protection 6 à l'embase 3 a été réalisée par soudage. [0023] Le dispositif de protection 6 comprend une paroi déflectrice 8 qui est adaptée à dévier un flux de gaz d'échappement 9 provenant de la portion amont 4 de sorte que ce flux 9 n'entre pas en contact avec l'injecteur. De ce fait, l'injecteur est protégé contre les flux de gaz d'échappement qui sinon viendraient en contact contre la paroi 10 faisant face à la potion amont et, iraient, pour une partie, vers l'injecteur. Cette protection permet d'éviter une surchauffe de l'injecteur (et donc sa détérioration) par convection, la température des gaz d'échappement pouvant être supérieure à 600 °C, notamment lors des phases de régénération d'un filtre à particules disposé dans la ligne d'échappement 1. [0024] Dans les présents modes de réalisation, la paroi déflectrice 8 s'étend angulairement selon un secteur de 120° minimum à 360° maximum. De façon plus précise, vue sa fonction, la paroi déflectrice 8 s'étend angulairement selon un secteur angulaire qui est limité à la zone recevant le flux de gaz d'échappement 9 provenant de la portion amont 4. [0025] En outre, la paroi déflectrice 8 est de forme conique divergente de l'amont vers l'aval. Ceci permet d'éviter tout contact avec le flux de réducteur qui est lui-même divergent. [0026] La paroi déflectrice 8 comprend une ouverture 11 qui est associée à une cloison orientée 12. Ainsi, une partie 13 du flux de gaz d'échappement 9 provenant de la portion amont 4 traverse l'ouverture 11 et forme dans le dispositif de protection 6 un flux tourbillonnaire. Ce flux tourbillonnaire s'écoule hors du dispositif de protection 6, vers la portion aval 5 de la conduite d'échappement 2, et canalise le flux de réducteur. De ce fait, le flux tourbillonnaire empêche qu'une partie du réducteur retourne en direction de l'injecteur. Dans le cas où le réducteur utilisé est de l'urée, ceci permet d'éviter une cristallisation de celle-ci au niveau du nez de l'injecteur et don un encrassement de ce dernier. [0027] Le débit du flux tourbillonnaire dépend du nombre d'ouvertures 11 et de leur dimension, quant à la composante tangentielle du flux tourbillonnaire, elle dépend de l'orientation des cloisons 12. [0028] Le dispositif de protection 6 transmet par conduction une énergie thermique à l'injecteur de sorte que sa température soit comprise entre 150 et 250 °C, une température trop élevée (supérieure à 250 °C) entraînant un risque de détérioration de l'injecteur, alors qu'une température trop basse (inférieure à 150 °C) entraînant un risque de cristallisation de l'urée et donc une obstruction de l'injecteur. La maîtrise de la température au niveau de l'injecteur (et plus particulièrement, au niveau du nez de ce dernier) dépend, d'une part, de la surface de la paroi déflectrice 8 qui entre en contact avec le flux de gaz d'échappement 9 en le déviant et qui donc, reçoit de l'énergie thermique de ce dernier, d'autre part, de l'épaisseur de la paroi déflectrice 8 qui peut être d'autant plus épaisse qu'elle est proche de l'embase de fixation 3 (par exemple, environ 4 mm au niveau de l'embase, et environ 1 mm à son extrémité libre aval), et, d'autre part, du matériau et notamment, de sa conductivité thermique et de sa capacité calorifique (les matériaux préférés étant l'aluminium, l'acier inoxydable, voire la fonte coulée). [0029] Par ailleurs, dans le second mode de réalisation, le dispositif de protection 6 comprend, à l'extrémité aval de la paroi déflectrice 8, un mixeur statique 14. Ce mixeur statique 14 est adapté à pulvériser les gouttes de réducteur de façon à réduire leurs dimensions et à faciliter, de ce fait leur homogénéisation avec les gaz d'échappement environnant. [0030] Dans le présent exemple, le mixeur statique 14 comporte une série d'ailettes 15 qui permettent cette pulvérisation. Comme illustré aux figures 3 et 4, le mixeur statique 14 est de forme annulaire. De plus, afin d'améliorer l'intégration du flux sortant du dispositif de protection 6 (le flux de réducteur et le flux tourbillonnaire de gaz d'échappement) au flux des gaz dévié par la paroi déflectrice, le mixeur 14 est coaxial à l'axe générateur de la paroi déflectrice 8 (qui ici, est également coaxial à la portion aval 5). [0031] Du fait de l'intégration du mixeur statique 14 au dispositif de protection 6, il n'y a plus d'étape spécifique de mise en place du mixeur dans la conduite d'échappement, cette mise en place étant réalisée lors de la mise en place du dispositif de protection. [0032] De plus, le mixeur étant porté par la paroi déflectrice et non par la conduite d'échappement, les pertes de charge sont considérablement réduites. En effet, la paroi déflectrice 8 et le mixeur 14 qui en est le prolongement s'étendent principalement selon la direction de déplacement principale du flux de gaz d'échappement qui a été dévié par la paroi déflectrice 8 et du flux disposé de l'autre côté de cette paroi 8 (flux tourbillonnant et flux de réducteur), ce qui n'entraîne que peu de déviation de ces flux, contrairement aux dispositifs de fixation de l'art antérieur qui relient le mixeur à la paroi de la conduite d'échappement et qui s'étendent essentiellement selon une direction normale à cette direction de déplacement. [0033] En outre, du fait de sa déconnexion d'avec la paroi de la conduite d'échappement, les dimensions du mixeur 14 peuvent être adaptées au flux de réducteur, et sa position peut être adaptée à la configuration de la ligne d'échappement afin de limiter les pertes de charge. Il est ainsi possible de disposer le mixeur 14 au niveau de la jonction de la conduite annexe 20 avec la conduite d'échappement 2.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de protection (6) d'un injecteur de réducteur dans une ligne d'échappement (1) d'un moteur à combustion, le dispositif de protection (6) comprenant une paroi déflectrice (8) qui est adaptée à empêcher un flux de gaz d'échappement (9) provenant d'une portion amont (4) de la ligne d'échappement (1) d'entrer en contact avec l'injecteur, la paroi déflectrice (8) comprenant une ouverture (11) qui est associée à une cloison (12) orientée de sorte qu'une partie de ce flux (9) traverse l'ouverture (11) et forme dans le dispositif de protection (6) un flux tourbillonnaire (13) accompagnant le flux de réducteur vers une portion aval (5) de la ligne d'échappement (1), caractérisé en ce que la paroi déflectrice (8) porte à son extrémité aval un mixeur statique (14) adapté à pulvériser les gouttes de réducteur et à les homogénéiser avec les gaz d'échappement environnant.
  2. 2. Dispositif de protection (6) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mixeur statique (14) a une forme annulaire.
  3. 3. Dispositif de protection (6) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la paroi déflectrice (8) a une forme conique divergente de l'amont vers l'aval.
  4. 4. Dispositif de protection (6) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la paroi déflectrice (8) s'étend angulairement selon un secteur de 120° minimum à 360° maximum.
  5. 5. Dispositif de protection (6) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mixeur (14) est coaxial à l'axe générateur de la paroi déflectrice (8).
  6. 6. Dispositif de protection (6) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la paroi déflectrice (8) est réalisée en un matériau et est dimensionnée de façon à être adapté à transmettre à l'injecteur, par conduction, une énergie thermique conférant à ce dernier une température comprise entre 150 et 250 °C.
  7. 7. Ligne d'échappement (1) d'un moteur à combustion, comprenant une conduite d'échappement (2), une conduite annexe débouchant dans la conduite d'échappement (2) entre une portion amont (4) et une portion aval (5) de cette dernière, un injecteur de réducteur fixé dans la conduite annexe et orienté de façon à générer un flux de réducteur dans la portion aval (5), un dispositif de protection (6) conforme à l'une des revendications 1 à 6 et fixé àla conduite annexe, et un mixeur statique (14) adapté à pulvériser les gouttes de réducteur et à les homogénéiser avec les gaz d'échappement environnant, caractérisée en ce que le mixeur statique (14) est porté par la paroi déflectrice (8). Ligne d'échappement (1) selon la revendication 7, caractérisée en ce que le mixeur statique (14) est disposé à la jonction de la conduite annexe avec la conduite d'échappement. 10 9. Ligne d'échappement (1) selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que la paroi déflectrice (8) s'étend angulairement selon un secteur limité à la zone recevant le flux de gaz d'échappement (9) provenant de la portion amont (4). 15 10. Ligne d'échappement (1) selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que l'injecteur et le dispositif de protection (6) sont coaxiaux. 11. Ligne d'échappement (1) selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que l'injecteur et la portion aval (5) sont coaxiaux.
  8. 8. 20
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