FR3041691A1 - Ligne d'echappement avec injecteur de reactif - Google Patents

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Abstract

La ligne d'échappement comprend : - un tronçon d'injection (7) comportant au moins une coupelle (27) ayant une grande face amont (29) directement arrosée par les gaz d'échappement et divisant le passage de circulation (11) en un volume amont (33) et un volume aval (35) ; - un dispositif d'injection (13) comportant un injecteur de réactif (15). Selon l'invention, le tronçon d'injection (7) comprend au moins un conduit (37) circonférentiel raccordant fluidiquement le volume amont (33) au volume aval (35) ; - la coupelle (27) définit au moins un canal d'injection (59), et au moins une zone de guidage (61) agencée de manière à guider jusqu'audit canal d'injection (59) une partie des gaz d'échappement arrosant la grande face amont (29) ; - l'injecteur (15) étant orienté de manière à injecter le réactif sensiblement à cocourant ou à contre-courant des gaz d'échappement dans le canal d'injection (59), celui-ci s'étendant depuis l'injecteur (15) jusqu'à l'entrée (39) du conduit (37).

Description

Ligne d’échappement avec injecteur de réactif L’invention concerne en général les lignes d’échappement de véhicule automobile équipées de dispositifs d’injection d’un réactif, typiquement d’un réactif prévu pour réduire les oxydes d’azote.
Plus précisément, l’invention porte sur une ligne d’échappement du type comprenant : - des organes amont et aval de traitement des gaz d’échappement circulant dans la ligne d’échappement, les organes amont et aval étant placés en série dans la ligne d’échappement, - un tronçon d’injection comprenant une enveloppe délimitant intérieurement un passage de circulation d’un flux de gaz d’échappement s’étendant d’une face de sortie de l’organe amont jusqu’à une face d’entrée de l’organe aval, le passage ayant une ligne centrale présentant une longueur déterminée entre les faces de sortie et d’entrée, le tronçon d’injection comportant au moins une coupelle disposée à l’intérieur du passage de circulation dans le trajet du flux de gaz d’échappement de telle sorte que le trajet moyen des veines de gaz d’échappement soit supérieur d’au moins 20% par rapport à la longueur déterminée, la coupelle ayant une grande face amont directement arrosée par les gaz d’échappement sortant de l’organe amont et divisant le passage de circulation en un volume amont s’étendant entre la face de sortie et la coupelle, et un volume aval s’étendant entre la coupelle et la face d’entrée ; - un dispositif d’injection comportant un injecteur de réactif prévu pour injecter le réactif dans le tronçon d’injection.
Une telle ligne d’échappement est connue de FR 2 947 003. Elle présente l’inconvénient que la qualité du mélange du réactif dans le flux de gaz d’échappement varie en fonction du débit de gaz d’échappement.
Dans ce contexte, l’invention vise à proposer une ligne d’échappement qui ne présente pas ce défaut, mais dans laquelle le tronçon d’injection reste particulièrement compact, comme dans FR 2 947 003. A cette fin, l’invention porte sur une ligne d’échappement du type précité, caractérisé en ce que : - le tronçon d’injection comprend au moins un conduit raccordant fluidiquement le volume amont au volume aval, le conduit ayant au moins une entrée débouchant dans le volume amont et au moins une sortie débouchant dans le volume aval, chaque entrée étant raccordée à au moins une sortie, le conduit s’étendant circonférentiellement autour de la ligne centrale ; - la coupelle définit au moins un canal d’injection, et au moins une zone de guidage agencée de manière à guider jusqu’audit canal d’injection une partie des gaz d’échappement arrosant la grande face amont ; - l’injecteur étant orienté de manière à injecter le réactif sensiblement à co-courant ou à contre-courant des gaz d’échappement dans le canal d’injection, celui-ci s’étendant depuis l’injecteur jusqu’à l’entrée du conduit.
Du fait que l’injection de réactif se fait sensiblement à co-courant ou à contre-courant des gaz d’échappement dans le canal d’injection, la qualité du mélange du réactif dans le flux de gaz d’échappement est très peut dépendante du débit de gaz d’échappement. En effet, le jet de réactif n’est pas dévié par les gaz d’échappement. Ainsi, le jet de réactif présente toujours la même trajectoire quel que soit le débit de gaz d’échappement.
Au contraire quand le jet de réactif est dévié par le flux de gaz d’échappement, son point d’impact et sa trajectoire se déplacent en fonction du débit, et ne peuvent donc pas être optimum quel que soit le débit de gaz d’échappement. Ceci nuit à la qualité du mélange du réactif.
Par ailleurs, le fait que la coupelle présente une zone de guidage agencée de manière à guider jusqu’au canal d’injection une partie des gaz d’échappement permet de conduire jusqu’au canal d’injection une quantité suffisante de gaz d’échappement pour assurer le mélange du jet de réactif. Le flux de gaz d’échappement chargé en réactif passe ensuite dans le conduit s’étendant circonférentiellement autour de la ligne centrale, ce qui permet de parfaitement homogénéiser le réactif dans les gaz d’échappement. En effet, la forme circonférentielle du conduit contribue à l’obtention d’un bon mélange, en amplifiant les turbulences du fait du passage au travers de l’entrée du conduit. Ceci permet également d’allonger le trajet des veines de gaz d’échappement, ce qui contribue également à l’obtention d’un bon mélange. Ce résultat est obtenu sans avoir à écarter les deux organes de traitement l’un de l’autre.
Selon un premier mode de réalisation, l’invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la coupelle définit au moins une zone de guidage direct agencée de manière à guider une seconde partie des gaz d’échappement arrosant la grande face amont directement jusqu’à l’entrée du conduit sans passer par le canal d’injection ; - l’enveloppe présente une bande rectiligne le long du canal d’injection ; - la coupelle est mise en forme de manière à présenter une partie principale formant au moins le canal d’injection et la zone de guidage, et une partie en saillie vers la face de sortie de l’organe amont par rapport à la partie principale, la zone de guidage étant délimitée d’un côté par l’enveloppe, d’un autre côté par la partie en saillie et débouchant dans le canal d’injection ; - la partie en saillie s’étend à partir d’un bord périphérique de la coupelle jusqu’à un centre de la coupelle ; - la partie en saillie délimite une sortie du conduit débouchant dans le volume aval ; et - l’enveloppe comprend deux demi-coquilles délimitant entre elles le conduit.
La ligne d’échappement selon le premier mode de réalisation peut en outre présenter les caractéristiques ci-dessous : - la zone de guidage débouche dans le canal de guidage à une extrémité amont dudit canal de guidage proche de l’injecteur ; - la partie en saillie fait partie de la zone de guidage direct, la zone de guidage direct comprenant en outre une zone intermédiaire faisant partie de la partie principale, interposée entre l’entrée et la partie en saillie ; - l’entrée comporte une première partie placée dans le prolongement du canal d’injection, et une seconde partie jouxtant la zone intermédiaire ; - le tronçon d’injection comprend une plaque de protection, recouvrant le canal d’injection côté amont, le canal d’injection étant ainsi défini entre la plaque de protection et la coupelle.
Selon un second mode de réalisation, la ligne d’échappement peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le tronçon d’injection comprend deux conduits raccordant fluidiquement au moins une entrée à au moins une sortie débouchant dans le volume aval, et s’étendant circonférentiellement en sens inverse à partir de l’entrée autour de la ligne centrale ; - la coupelle présente deux ailes disposées de part et d’autre du canal d’injection, les deux ailes étant inclinées de telle sorte que, à partir du canal d’injection, elles s’écartent l’une de l’autre et s’étendent vers l’organe amont ; - les conduits sont délimités par une paroi externe, la paroi externe comportant une nervure verticale parallèle à la ligne centrale, au centre de l’entrée ; - chaque conduit est délimité vers l’extérieur par l’enveloppe et est ouvert vers l’intérieur sur sensiblement toute sa longueur ; et - les ailes présentent des échancrures de part et d’autre de l’entrée, pour le passage des gaz d’échappement depuis l’entrée dans les conduits.
La ligne d’échappement conforme au second mode de réalisation de l’invention peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous : - le canal d’injection s’étend selon un diamètre de la coupelle ; - la paroi externe du conduit comporte deux nervures horizontales, sensiblement perpendiculaire à la nervure verticale et disposées de part et d’autre de la nervure verticale ; - au moins une sortie est découpée dans la partie tubulaire pour chaque conduit, cette sortie débouchant dans le volume aval ; - le conduit d’injection comporte un déflecteur lié à la coupelle, chaque conduit étant délimité vers l’organe aval par le déflecteur et vers l’organe amont par une des ailes de la coupelle ; - le canal d’injection s’évase à partir de l’injecteur jusqu’à l’entrée.
Par ailleurs, la ligne d’échappement, selon les premier et second modes de réalisation, peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous. - l’enveloppe comprend une partie tubulaire dans laquelle est logée la coupelle et une coque rapportée sur la partie tubulaire et délimitant le ou chaque conduit ; - l’enveloppe comprend une partie tubulaire dans laquelle est logée la coupelle et une coque venue de matière avec la partie tubulaire et faisant saillie vers l’extérieur de la partie tubulaire, la coque délimitant le ou chaque conduit ; et - le tronçon d’injection comprend en outre un tube interne logé dans la partie tubulaire, chaque conduit) étant délimité entre la coque et le tube interne, le tube interne étant de préférence venu de matière avec la coupelle.
En outre, dans la ligne d’échappement selon les premier et second modes de réalisation, l’enveloppe comprend avantageusement une partie tubulaire dans laquelle est logée la coupelle et une coque délimitant le conduit, la coque faisant saillie vers l’extérieur par rapport à la partie tubulaire. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe d’une partie d’une ligne d’échappement conforme à un premier mode de réalisation de l’invention ; - la figure 2 est une vue en perspective du tronçon d’injection de la ligne d’échappement de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de face, en coupe, du tronçon d’injection de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en perspective de la coupelle du tronçon d’injection de la figure 2 ; - les figures 5 et 6 sont des vues en perspectives des deux demie-coques constituant l’enveloppe du tronçon d’injection de la figure 2 ; - la figure 7 est une vue en perspective illustrant la circulation des gaz d’échappement dans le tronçon d’injection de la figure 2 ; - la figure 8 est une vue en perspective illustrant une variante du premier mode de réalisation de l’invention ; - la figure 9 est une vue en coupe d’une partie de ligne d’échappement conforme à un second mode de réalisation de l’invention ; - la figure 10 est une vue en perspective de la coupelle de la figure 9 ; - la figure 11 est une vue de dessus du tronçon d’injection de la ligne d’échappement de la figure 9 ; - la figure 12 est une vue en perspective de la coque délimitant les conduits sur la figure 9 ; - la figure 13 est une vue de face de la partie tubulaire de l’enveloppe de la figure 9, les conduits étant représentés en coupe ; - la figure 14 est une vue en coupe dans un plan perpendiculaire à la ligne centrale, montrant la forme des conduits circonférentiels de la figure 9 ; - la figure 15 est une vue en coupe similaire à celle de la figure 14, illustrant une première variante du second mode de réalisation de l’invention ; - la figure 16 est une vue en perspective illustrant une seconde variante du second mode de réalisation de l’invention ; - la figure 17 est une vue de côté montrant le tube interne de la figure 16 ; - la figure 18 est une vue en perspective illustrant la coupelle et l’injecteur pour une troisième variante du second mode de réalisation de l’invention ; - la figure 19 est une vue en perspective similaire à celle de la figure 16, pour la troisième variante du second mode de réalisation de l’invention ; - la figure 20 est une vue de côté en coupe d’une quatrième variante du second mode de réalisation de l’invention ; - la figure 21 est une vue en perspective de la coupelle et du déflecteur de la figure 20 ; - la figure 22 illustre une cinquième variante du second mode de réalisation de l’invention ; et - la figure 23 est une vue similaire à celle de la figure 15 et illustre une autre variante permettant de former les conduits circonférentiels.
La ligne d’échappement 1 représentée partiellement sur la figure 1 est destinée à équiper un véhicule, typiquement un véhicule automobile tel qu’une voiture ou un camion.
Elle est plus particulièrement destinée à équiper un véhicule équipé d’un moteur
Diesel.
La ligne d’échappement 1 comprend : - des organes amont et aval 3, 5 de traitement des gaz d’échappement circulant dans la ligne d’échappement, les organes amont et aval 3, 5 étant placés en série dans la ligne d’échappement 1 ; - un tronçon d’injection 7 comprenant une enveloppe 9 délimitant intérieurement un passage 11 de circulation d’un flux de gaz d’échappement ; - un dispositif 13 d’injection, comportant un injecteur de réactif 15 prévu pour injecter le réactif dans le tronçon d’injection 7.
La ligne d’échappement 1 capte les gaz d’échappement sortant du moteur thermique M du véhicule, et les conduit jusqu’à l’organe amont 3. Par ailleurs, les gaz d’échappement sortant de l’organe aval 5 sont conduits par la ligne d’échappement jusqu’à une canule 14 de relargage dans l’atmosphère. L’organe amont est typiquement un catalyseur d’oxydation (DOC Diesel Oxydation Catalyste ou Catalyseur d’Oxydation Diesel) ou un NSC (NOx Storage Catalyst ou catalyseur de stockage des NOx) aussi appelé LNT (Lean NOx Trap ou piège à NOx), ou encore un PNA (Passive NOx Adsorber ou Adsorbeur de NOx passif). L’organe aval est un catalyseur SCR (Sélective Catalytic Réduction ou Réduction Catalytique Sélective), ou encore un SCRF (Sélective Catalyst Réduction Filter ou Filtre Catalyseur de Réduction Sélective). Le SCRF est un filtre à particules (FAP ou DPF) recouvert de métaux catalyseurs pour faire fonction de SCR.
Dans un catalyseur SCR, les oxydes d’azote contenus dans les gaz d’échappement sont réduits en azote gazeux, en présence d’un agent réducteur. Cet agent réducteur est typiquement de l’ammoniac.
Le réactif injecté par le dispositif d’injection est typiquement sous forme liquide. En variante, le réactif est sous forme gazeuse.
Le réactif injecté est par exemple de l’ammoniac liquide, de l’urée, par exemple sous forme d’une solution aqueuse à 30% d’urée généralement commercialisée sous le nom Adblue, ou encore de l’ammoniac gazeux (technologie ASDS pour Ammonia Storage and Delivery System, ou système de stockage et de diffusion d’ammoniac). L’urée, dans le tronçon d’injection, est évaporée et subit une opération de thermolyse, à savoir une opération de décomposition thermique générant de l’ammoniac gazeux.
Si le réactif injecté est de l’ammoniac liquide, celui-ci subit seulement une opération de vaporisation dans le tronçon d’injection. L’organe amont 3 est logé dans un tube externe amont 17, avec interposition d’une nappe de maintien 19 entre l’organe 3 et le tube externe amont 17. La ligne d’échappement 1 comprend un conduit d’entrée E, et un cône divergeant 20 raccordant le conduit d’entrée E au tube externe amont 17. Le conduit d’entrée E communique fluidiquement avec le moteur M. De même, l’organe aval 5 est logé dans un tube externe aval 21, avec interposition d’une nappe de maintien aval 23 entre le tube 21 et l’organe 5.
La ligne d’échappement 1 comporte un conduit de sortie S et un cône convergeant 22 raccordant le tube externe aval 21 au conduit de sortie S. La sortie S communique fluidiquement avec la canule 14.
Le passage de circulation des gaz d’échappement 11 s’étend depuis une face de sortie 24 de l’organe amont jusqu’à une face d’entrée 25 de l’organe aval 5.
Le passage de circulation 11 présente une ligne centrale L de longueur déterminée entre les faces de sortie et d’entrée 24, 25. La ligne centrale L est la ligne passant par les centres géométriques des sections droites du passage de circulation 11. Dans l’exemple représenté, elle est confondue avec les axes centraux des organes amont et aval 3, 5. Elle est perpendiculaire aux faces de sortie et d’entrée 24,25.
Par ailleurs, le tronçon d’injection 9 comporte au moins une coupelle 27 disposée à l’intérieur du passage de circulation 11 dans le trajet du flux de gaz d’échappement, de telle sorte que le trajet moyen des veines de gaz d’échappement parcourant le passage 11 soit supérieur d’au moins 20% par rapport à la longueur déterminée. En d’autres termes, la coupelle est prévue pour allonger le trajet des gaz d’échappement parcourant le passage de circulation, de manière à faciliter l’évaporation et le mélange du réactif avec les gaz d’échappement.
Typiquement, le tronçon d’injection 9 comporte une coupelle 27 unique.
La coupelle 27 présente une grande face amont 29 directement arrosée par les gaz d’échappement sortant de l’organe amont.
En d’autres termes, il n’existe pas une autre coupelle interposée entre l’organe amont 3 et la coupelle 27, et canalisant les gaz d’échappement selon un certain parcours. Les gaz d’échappement sortant de l’organe amont 3 par la face de sortie 24 rencontrent directement la coupelle 27, sans être déviés auparavant par un obstacle de grande taille. Ainsi, la quasi-totalité de la grande face amont 29 est située directement en regard de la face de sortie 24, par exemple au moins 75% de la grande face 29.
La coupelle 27 divise le passage de circulation 11 en un volume amont 33 s’étendant entre la face de sortie 24 et la coupelle 27, et un volume aval 35 s’étendant entre la coupelle 27 et la face d’entrée 25.
Par ailleurs, le tronçon d’injection 9 comprend au moins un conduit 37 raccordant fluidiquement le volume amont 33 au volume aval 35.
Dans le premier mode de réalisation de l’invention, représenté sur les figures 1 à 8, le tronçon d’injection comporte un conduit 37 unique. Ce conduit 37 a une entrée 39 débouchant dans le volume amont 33, et s’étend circonférentiellement à partir de l’entrée 39 autour de la ligne centrale L jusqu’à une sortie 41 (figure 3) débouchant dans le volume aval 35. L’enveloppe 9 présente, perpendiculairement à la ligne centrale L, une section interne, la coupelle 27 ayant une forme complémentaire de cette section interne. En d’autres termes, la coupelle 27 s’étend sur toute la section interne de l’enveloppe 9, ou sur la quasi-totalité de la section interne de l’enveloppe 9. Typiquement, la coupelle 27 est circulaire
Les gaz d’échappement, pour circuler du volume amont 33 au volume aval 35, sont forcés de passer par le conduit 37.
Il est à noter toutefois que, comme illustré notamment sur les figures 2 et 4, la coupelle 27 présente en des endroits prédéterminés de petites perforations 43, permettant un passage direct des gaz d’échappement du volume amont 33 au volume aval 35 à travers la coupelle 27. Le débit de gaz d’échappement passant à travers les perforations 43 est toutefois très inférieur au débit de gaz d’échappement passant à travers le conduit 37.
Les perforations 43 ont typiquement deux fonctions : - corriger la distribution de réactif au niveau de la face d’entrée 25 de l’organe aval, dans le cas où on observe des concentrations de réactif trop importantes en certains points. - diminuer la contre pression globale du tronçon d’injection, en diminuant la quantité de gaz d’échappement passant dans le conduit 37.
En variante, la coupelle 27 n’est pas percée par des perforations 43, et est entièrement étanche aux gaz d’échappement.
Le conduit 37 s’étend circonférentiellement autour de la ligne centrale L, au sens il décrit un arc centré sur la ligne centrale L. Cet arc est un arc de cercle, ou à une forme peu différente d’un arc de cercle.
La coupelle 27 est une plaque métallique, de faible épaisseur. Comme visible sur la figure 4, elle est mise en forme de manière à présenter une partie principale 45, et une partie 47 en saillie vers la face de sortie 24 de l’organe amont par rapport à la partie principale 45.
La partie en saillie 47 s’étend à partir d’un bord périphérique externe 49 de la coupelle jusqu’au centre 51 de cette coupelle.
Elle présente par exemple une forme de virgule.
Plus précisément, elle présente une largeur allant en diminuant à partir du bord externe 49 vers le centre 51. On entend par largeur la dimension de la partie en saillie 47 sensiblement circonférentiellement autour de l’axe central L.
La partie en saillie 47 est délimitée latéralement vers l’entrée 39 par un bord incurvé 53. Elle est délimitée à l’opposé de l’entrée 39 par un bord droit 55. Les bords 53 et 55 convergent l’un vers l’autre à partir du bord externe 49 de la coupelle jusqu’au centre 51. Au niveau du centre 51, ils sont raccordés l’un à l’autre par un bord 57 sensiblement en arc de cercle, s’étendant sur environ 180°.
Le bord incurvé 53 est concave vers l’entrée 39.
Le sommet de la partie 47 est sensiblement plan et perpendiculaire à la ligne centrale L.
De même, dans l’exemple représenté, la partie principale 45 est sensiblement plane, et perpendiculaire à la ligne centrale L. Elle présente une forme en C, et s’étend autour de la partie en saillie 47.
Comme illustré notamment sur la figure 4, la coupelle 27 définit au moins un canal d’injection 59 et au moins une zone de guidage 61 agencée de manière à guider jusqu’au canal d’injection 59 une partie des gaz d’échappement arrosant la grande face amont 29. Le canal d’injection 59 et la zone de guidage 61 sont formés dans la partie principale 45.
Le canal d’injection 59 s’étend à partir de l’injecteur 15 jusqu’à l’entrée 39 du conduit. L’enveloppe 9 présente une bande rectiligne 63 le long du canal d’injection 59, visible sur la figure 2. Cette bande rectiligne est plane. Elle délimite un côté du canal d’injection 59. Elle s’étend parallèlement à la direction d’injection.
Le canal d’injection 59, à l’opposé de la bande rectiligne 63, est délimité par une ligne fictive 65, matérialisée sur la figure 4. La ligne fictive 65 est parallèle à la direction d’injection, et est sensiblement tangente au bord 57. Elle jouxte le centre 51.
Ainsi, le canal d’injection 59 ne passe pas par le centre 51, et ne s’étend pas selon un diamètre de la coupelle. Il est décalé par rapport au centre 51, et s’étend selon une corde.
La zone de guidage 61 est délimitée d’un côté par l’enveloppe 9, de l’autre côté par la partie en saillie 47, et débouche dans le canal d’injection 59.
Comme visible sur la figure 2, la zone de guidage 61 est délimitée par une portion de l’enveloppe formant un arc de cercle 67. Elle est par ailleurs délimitée par le bord rectiligne 55 de la partie en saillie 47. Elle est donc située d’un côté de la partie en saillie 47 opposé à l’entrée 39. Elle débouche dans le canal d’injection 59 du côté de la ligne fictive 65. Elle débouche dans le canal d’injection 59 à une extrémité amont dudit canal de guidage, proche de l’injecteur 15.
Par ailleurs, la coupelle 27 définit au moins une zone de guidage directe 69, agencée de manière à guider une seconde partie des gaz d’échappement arrosant la grande face amont 29 directement jusqu’à l’entrée 39 du conduit 37, sans passer par le canal d’injection 59. La partie en saillie 47 fait partie de la zone de guidage directe 69, celle-ci comprenant en outre une zone intermédiaire 71 faisant partie de la partie principale 45, interposée entre l’entrée 39 et la partie en saillie 47. La zone intermédiaire 71 est donc délimitée d’un côté par l’entrée 39, d’un autre côté par le bord incurvé 53 de la partie 47, et enfin par la ligne fictive 65.
Comme visible sur les figures 2 à 4, l’entrée 39 s’étend le long du bord externe 49 de la coupelle. Elle est de grande taille. Elle comporte une première partie 73 placée dans le prolongement du canal d’injection 59, et une seconde partie 75 jouxtant la zone intermédiaire 71. De préférence, ces deux parties sont communicantes, et ne sont pas séparées par une barrière physique.
Comme il apparaît nettement sur les figures 3 et 4, la partie en saillie 47 délimite la sortie 41 du conduit 37, et débouche dans le volume aval 35. La sortie 41 correspond à l’extrémité de la partie en saillie 47 s’étendant le long du bord externe 49 de la coupelle.
La sortie 41 est délimitée vers l’aval par l’enveloppe, vers l’amont par la partie en saillie 47, et circonférentiellement, à ses deux extrémités opposées, par les extrémités des bords 53 et 55, référencées ici 77 et 79. L’entrée 39 s’étend circonférentiellement depuis la bande plane 63 jusqu’à l’extrémité 77. L’enveloppe 9 comprend deux demi-coquilles 83 et 85, délimitant entre elle le conduit 37. Ces demi-coquilles sont représentées sur les figures 5 et 6.
La demi-coquille 83 comporte un étirage canon 87 de forme circulaire, c’est-à-dire une extrusion d’interface sensiblement circulaire, centré sur la ligne centrale L. L’étirage canon 87 est raccordé de manière étanche au tube externe amont 17, par exemple par soudage.
La demi-coquille 83 comporte encore une portion 89 en forme de croissant de lune, solidaire de l’étirage canon 87. La portion en croissant de lune 89 fait saillie radialement à l’extérieur de l’étirage canon 87. Elle s’étend sur un secteur angulaire compris entre 120° et 180°. La demi-coquille 83 conporte encore un bord tombé périphérique 91 en saillie vers l’organe aval 5, et s’étendant sur toute la périphérie de la demi-coquille 83.
La demi-coquille 85 comporte elle aussi un étirage canon 93, de forme circulaire, centré la ligne centrale L. L’étirage canon 93 est raccordé de manière étanche au tube externe aval 21. La demi-coquille 85 comporte en outre une partie en croissant de lune 95, sensiblement de même forme que la partie 89, et faisant saillie radialement vers l’extérieur par rapport à l’étirage canon 93. La demi-coquille 85 présente un bord tombé 97, s’étendant sur toute la périphérie de la demi-coquille 85, et faisant saillie vers l’organe amont. La bande rectiligne 63 fait partie du bord tombé 97.
Un orifice 99 est ménagé dans le bord tombé 97, et reçoit un support d’injecteur 101, représenté sur la figure 1 et sur la figure 2. L’injecteur 15 est monté sur le support d’injecteur 101. Ainsi, il est rigidement fixé à l’enveloppe 9.
Les bords tombés 91 et 97 sont de forme complémentaire. Dans l’exemple représenté, et comme visible sur la figure 7, le bord tombé 91 s’emboîte dans le bord tombé 97, ces deux bords étant rigidement fixés, de manière étanche l’un à l’autre, par tout moyen adapté. Par exemple, ils sont soudés l’un à l’autre.
La coupelle 27 présente sur une partie de sa circonférence un bord dressé 103 faisant saillie par rapport à la partie principale 45 vers l’organe aval 5. Le bord dressé 103 s’étend le long du bord externe 49, sur tout le pourtour de la partie principale 45. Au niveau de la partie en saillie 47, il n’y a pas de bord dressé 103.
La coupelle 27 est engagée dans l’étirage canon 93, et pour ce faire présente un diamètre externe correspondant sensiblement au diamètre interne de l’étirage canon 93. Elle est typiquement rigidement fixée à la demi-coquille 85, par exemple par des points ou des lignes de soudure.
Ainsi, l’enveloppe 9 comprend une partie tubulaire, le conduit 37 s’étendant hors de ladite partie tubulaire, et faisant saillie radialement vers l’extérieur par rapport à la partie tubulaire. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 7, la partie tubulaire correspond aux étirages canons 87 et 93.
La section de passage de l’entrée 39 correspond à la section de passage du conduit de sortie S augmentée de 20% environ. Les conduits d’entrée et de sortie ont sensiblement la même section de passage.
La section de passage du conduit 37 présente sensiblement la même taille que celle de l’entrée 39. Notamment, au niveau de l’extrémité 77, la section de passage offerte au gaz d’échappement est la même qu’à l’entrée 39 ou la sortie 41.
Il est à noter que, comme représenté sur la figure 1, le conduit 37 considéré en section dans un plan radial, contenant la ligne centrale L, présente une forme ovalisée. Cette section est allongée parallèlement à la ligne centrale L. Ainsi, la hauteur du conduit 37, prise parallèlement à la ligne centrale L, est supérieure à la longueur déterminée séparant les faces de sortie 24 et d’entrée 25. Ceci permet, sans augmenter excessivement l’encombrement radial du tronçon d’injection, d’offrir un volume supplémentaire pour le mélange du réactif et des gaz d’échappement, avant que les gaz d’échappement n’abordent la face d’entrée 25.
Le tronçon d’injection 7 comporte par ailleurs optionnellement une plaque de protection 105 (figure 2), recouvrant le canal d’injection 59 vers l’organe amont. Le canal d’injection 59 est ainsi défini entre la plaque de protection 105 et la coupelle 27. La plaque de protection 105 s’étend seulement au droit du canal d’injection 59. Elle est rigidement fixée à l’enveloppe 11. Elle s’étend parallèlement, et à distance, de la partie principale 45 de la coupelle.
Le fonctionnement de la ligne d’échappement décrit ci-dessus, va maintenant être détaillé.
Les gaz d’échappement arrivant par le conduit d’entrée E traversent l’organe amont 3. Ils sortent de l’organe amont 3 par la face de sortie 24 et arrosent directement la grande face amont 29 de la coupelle. La partie des gaz d’échappement arrosant la zone de guidage direct 69, c’est-à-dire la partie en saillie 47 et la zone intermédiaire 71, sont déviées par la coupelle directement dans la seconde partie 75 de l’entrée 39 du conduit (flèche F1 de la figure 7). Ces gaz d’échappement ne traversent pas le canal d’injection 59.
La fraction des gaz d’échappement arrosant la zone de guidage 61 est canalisée jusqu’au canal de guidage 59, comme indiqué par la flèche F2 sur la figure 7.
Ces gaz d’échappement, du fait de la forme de la portion en arc de cercle 67 de l’enveloppe, entrent tangentiellement à l’extrémité amont du canal d’injection 59.
Par ailleurs, du fait que la bande rectiligne 63 est plane, ils sont rapidement orientés selon une trajectoire sensiblement rectiligne, parallèle à la direction d’injection. L’injecteur 15 injecte le réactif sous forme liquide selon la direction d’injection, qui est sensiblement parallèle au canal d’injection. L’injection de réactif se fait donc à cocourant de l’écoulement de gaz d’échappement.
Si le débit des gaz d’échappement sortant de la face de sortie 24 diminue ou augmente, le jet de réactif n’est pratiquement pas dévié.
Le fait de placer une plaque de protection 105 recouvrant le canal d’injection 59 d’un côté amont, contribue à ce résultat. Cependant, la présence de cette plaque est optionnelle et le système peut aussi très bien fonctionner sans.
Le jet de réactif J, après avoir traversé la première partie 75 de l’entrée, vient frapper la paroi délimitant le conduit 37. Le jet éclate en de multiples gouttelettes, qui sont entraînées par le flux de gaz d’échappement provenant du canal d’injection 59.
Du fait de la forme en croissant de lune du conduit 37, les gaz d’échappement changent de direction, ce qui provoque des turbulences dans l’écoulement des gaz d’échappement et facilite l’évaporation et le mélange du réactif du sein du flux du gaz d’échappement.
Par ailleurs, les gaz d’échappement provenant de la zone de guidage directe 67 interfèrent avec l’écoulement des gaz d’échappement provenant du canal d’injection 59, ce qui créé des turbulences supplémentaires.
Ces turbulences permettent le mélange des lignes de flux chargées en réactif avec celles qui ne le sont pas, c’est-à-dire le mélange des gaz ayant transités par le canal d’injection et ceux ayant transités par la zone de guidage directe. Le mélange a principalement lieu le long du conduit 37.
Après avoir parcouru le conduit 37, les gaz d’échappement traversent la sortie 41 et pénètrent dans le volume aval 35. Les gaz d’échappement sont ensuite diffusés vers la face d’entrée 25 du monolithe aval grâce à la forme de la partie en saillie 47. En effet, la partie en saillie 47, du fait de sa forme en virgule, canalise les gaz d’échappement traversant la sortie 41 jusqu’au centre de la face d’entrée 25 (flèche F3 de la figure7). Ceci n’est pas le mouvement naturel des gaz d’échappement, qui, du fait de la forme du conduit, sont animés par un mouvement centripète.
En effet, la partie en saillie 47 est convexe vers l’organe amont 3 mais délimite une zone concave vers l’organe aval 5, propice au guidage des gaz d’échappement jusqu’au centre de la face d’entrée 25. Le fait que la partie en saillie 47 se rétrécisse vers le centre de la coupelle permet de forcer les gaz à alimenter le centre de la face d’entrée 25 (effet d’entonnoir), afin d’améliorer la répartition sur la face d’entrée 25 du monolithe aval.
Les gaz d’échappement sont ainsi répartis de façon uniforme sur la face d’entrée 25, ce qui assure une réduction catalytique sélective efficace.
Il est important de souligner que les gaz d’échappement issus de la zone de guidage 61 arrivent à une extrémité amont du canal d’injection avec un angle d’environ 30°. Ceci va légèrement dévier le jet de réactif vffs l’extérieur du canal, mais de manière très marginale.
Par ailleurs, la zone d’impact du jet de réactif est éloignée au maximum possible de l’injecteur. Ceci permet d’évaporer le plus possible le réactif avant d’entrer dans le conduit, et ainsi de limiter l’apparition de dépôt dans le tronçon d’injection.
Il est à noter que la plaque de protection permet de modifier la trajectoire des gaz d’échappement dans le canal d’injection, en créant artificiellement un mouvement tournant des gaz (« swirl ») autour de l’axe d’injection, aidant au mélange dans le conduit 37. L’utilisation de la plaque de protection permet de également de ne pas infléchir le jet de réactif vers la coupelle, notamment à haut débit de gaz d’échappement. L’injecteur 15 est de tout autre type adapté. Par exemple, il est du type à un jet, deux jets ou trois jets.
En cas d’injection à l’aide d’un injecteur à trois jets, il est possible d’orienter l’injecteur de telle sorte qu’un des jets impacte la plaque de protection, ce qui permet de charger le flux de gaz d’échappement en réactif à l’intérieur même du canal d’injection.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 7, les demi-coquilles 83 et 85 sont obtenues par emboutissage, et par étirage canon pour l’obtention des étirages 87 et 93. La coupelle 27 est également emboutie.
Une variante de réalisation du premier mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrite en référence à la figure 8. Seuls les points par lesquels cette variante diffère de celle des figures 1 à 7 seront détaillés ci-dessus. Les éléments identiques ou assurant la même fonction seront désignés par les mêmes références dans les deux variantes.
Dans cette variante de réalisation, l’enveloppe 9 comporte une partie tubulaire 107 dans laquelle est logée la coupelle 27, et une coque 109 rapportée sur la partie tubulaire 107 et délimitant le conduit 37. Par exemple, la partie tubulaire 107 est d’une pièce, et n’est donc plus constituée de deux demi-coquilles emboîtées l’une dans l’autre comme sur les figures 1 à 7. Préférentiellement, la partie tubulaire 107 est d’une pièce avec le tube externe amont 17 et le tube externe aval 21. Le fait d’avoir une seule et même pièce permet d’éviter les raccords de soudure entre la partie tubulaire 107 et les deux tubes. En variante, ce sont plusieurs tronçons de tube, solidarisés les uns aux autres par tous moyens adaptés.
La partie tubulaire 107 présente un orifice non représenté, d’orientation circonférentielle. Cet orifice délimite à la fois l’entrée 39 et la sortie 41 du conduit 37. L’entrée et la sortie sont séparés l’un de l’autre typiquement par l’extrémité 77 du bord incurvé 53.
La coque 109 est concave vers la partie tubulaire 107. Elle couvre tout l’orifice circonférentiel. Elle est rapportée sur une surface externe de la partie tubulaire 107 de manière étanche. La coque 109 est de préférence obtenue par hydroformage.
Une seconde variante de réalisation est représentée elle aussi sur la figure 8.
La paroi délimitant le conduit 37 vers l’extérieur présente avantageusement une nervure 111 faisant saillie vers l’intérieur du conduit 37. Cette nervure 111 est formée dans la zone d’impact du jet de réactif. Elle s’étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à la ligne centrale L. En variante, la nervure s’étend dans un plan formant un angle compris entre plus 30° et moins 30° par report à la perpendiculaire à la ligne centrale L. La paroi extérieure peut présenter une seule nervure, ou deux nervures, ou plus de deux nervures, parallèle les unes aux autres de préférence.
Les nervures permettent d’augmenter les turbulences à l’intérieur du conduit 37, et donc d’améliorer le mélange entre le réactif et les gaz d’échappement.
Selon encore une autre variante de réalisation, non représentée, la coque 109 est venue de matière avec la partie tubulaire 107. Dans ce cas, l’enveloppe 9 est obtenue par hydroformage. Un tube interne 151, logé dans la partie tubulaire 105, permet de matérialiser les fenêtres d’entrée et de sortie du conduit 37.
La direction d’injection n’est pas rigoureusement parallèle au canal d’injection 59. Typiquement, l’angle entre la direction d’injection et la bande rectiligne 63 est compris entre plus 20° et moins 20°. Au-delà, la trajectoie du jet de réactif serait trop déviée par le flux gazeux, et dans certains cas, à fort débit gazeux, une partie du jet de réactif pourrait ne pas arroser toujours la même zone de la paroi externe du conduit. Par ailleurs, le jet pourrait également heurter l’extrémité de la partie en saillie 47.
La forme de la section du conduit 37 peut être modifiée, pour tenir compte de contraintes d’encombrement. Elle peut être plus ou moins haute et plus au moins profonde.
Typiquement, la longueur déterminée entre les faces de sortie et d’entrée 24, 25 est comprise entre 30 et 70 mm, et vaut par exemple 40 mm. La hauteur du conduit 37, prise parallèlement à la ligne centrale L, vaut typiquement 50% de plus que la longueur déterminée.
La hauteur du conduit 37 varie généralement entre 40 et 70 mm et la largeur entre 40 et 60 mm. Au-delà de ces limites, les turbulences contribuant un bon mélange du réactif dans le gaz d’échappement diminuent, ce qui dégrade la qualité du mélange.
Si la longueur déterminée séparant la face amont 24 de la face aval 25 dépasse 70 mm, la contrepression diminue mais la taille de l’entrée doit être importante. Il est alors difficile de conserver la même qualité de mélange, même en incorporant une ou plusieurs nervures telles que la nervure 111.
Les organes amont et aval 3 et 5 sont typiquement alignés l’un avec l’autre, au sens où ils présentent des axes centraux respectifs alignés l’un avec l’autre. En variante, lesdits axes centraux forment un angle entre eux, cet angle étant compris entre plus 30° et moins 30°.
Le conduit 37 s’étend typiquement sur un secteur angulaire de 180°. Cette valeur peut varier entre 150 et 230°. Une longueur importaite a pour avantage d’allonger le temps de transit des gaz d’échappement, et donne la possibilité de mieux mélanger les gaz avec le réactif.
La longueur et la forme de la partie en saillie 47 peut également varier, sous réserve qu’il n’y ait pas interférence entre l’extrémité de la partie 47, correspondant au centre de la coupelle, et le jet de l’injecteur.
Un second mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit, en référence aux figures 9 à 14. Seuls les points par lesquels ce second mode de réalisation se différencie du premier seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ayant les mêmes fonctions seront désignés par les mêmes références dans les deux modes de réalisation.
Dans le second mode de réalisation, le tronçon d’injection 7 comprend deux conduits 37, chacun raccordant fluidiquement le volume amont 33 au volume aval 35. Les deux conduits 37 s’étendent circonférentiellement en sens inverse, autour de la ligne centrale, à partir d’une entrée unique 39.
La coupelle 27 présente une forme différente de celle du premier mode de réalisation. Comme visible sur la figure 10, le canal d’injection 59 s’étend selon un diamètre de la coupelle.
Par ailleurs, la coupelle 27 présente deux ailes 113 disposées de part et d’autre du canal d’injection 59.
Les deux ailes sont typiquement symétriques l’une de l’autre par rapport au canal d’injection 59.
Les deux ailes 113 sont inclinées de telle sorte que, à partir du canal d’injection 59, elles s’écartent l’une de l’autre et s’étendent vers l’organe amont 3. Les deux ailes 113 s’écartent l’une de l’autre selon une direction radiale. En d’autres termes, considérée perpendiculairement à la direction d’injection, la coupelle 27 présente des sections en forme de V. Les ailes du V sont typiquement légèrement convexes vers l’organe amont 3.
Chaque aile 113 définit une zone de guidage similaire à la zone de guidage 61 du premier mode de réalisation, agencée de manière à guider jusqu’au canal d’injection 59 une partie des gaz d’échappement arrosant la grande face amont 29 de la coupelle.
Comme visible sur la figure 10, le canal d’injection 59 s’évase à partir de l’injecteur 15 jusqu’à l’entrée 39. En d’autres termes, le fond du canal 59, considéré perpendiculairement à la direction d’injection, présente une largeur relativement plus faible et une incurvation relativement plus prononcée à proximité de l’injecteur 15. Au contraire, à proximité de l’entrée 39, le fond du canal d’injection 59 est relativement plus large et présente une incurvation relativement moins prononcée.
Dans l’exemple de réalisation des figures 9 à 14, l’enveloppe comporte une partie tubulaire 115 dans laquelle est logée la coupelle 27, et une coque 117 rapportée sur la partie tubulaire 115 et délimitant les conduits 37.
Typiquement, la partie tubulaire 115 présente, considérée perpendiculairement à la ligne centrale, la même section que le tube externe amont 17 et le tube externe aval 21.
Dans ce cas, le tube externe amont 17, la partie tubulaire 115 et le tube externe aval 21 sont typiquement un seul et même tube, et sont venus de matière les uns avec les autres.
En variante, ce sont plusieurs tronçons de tube, solidarisés les uns aux autres par tous moyens adaptés. L’entrée 39 est découpée dans la partie tubulaire 115, comme visible plus particulièrement sur la figure 13.
Par ailleurs, au moins une sortie 119 est découpée dans la partie tubulaire 115 pour chaque conduit 37.
Dans l’exemple représenté sur les figures 9 à 14, deux sorties 119, 121 sont découpées dans la partie tubulaire pour chaque conduit 37.
Les sorties 119, 121, débouchent dans le volume aval 35.
Les sorties 119 et 121 sont décalées circonférentiellement l’une par rapport à l’autre, la sortie 119 étant circonférentiellement plus proche de l’entrée 39, et la sortie 121 plus éloignée.
La coque 117 présente la forme générale d’une bague, comme illustré sur la figure 12. Cette bague entoure complètement la partie tubulaire 115, et est rapportée contre la surface externe de la partie tubulaire 115. Elle couvre l’entrée 39 et les sorties 119, 121. La coque 117 est sensiblement coaxiale à la ligne centrale L.
Comme visible sur la figure 12, la coque 117 comprend deux zones concaves 123, 125 s’étendant circonférentiellement en sens inverse à partir d’une zone d’impact 127 destinée à être placée face à l’entrée 39. La coque 117 comporte encore un bord circonférentiel supérieur 129 et un bord circonférentiel inférieur 131 délimitant la coque respectivement vers l’organe amont et vers l’organe aval. Les bords 129 et 131 sont de forme cylindrique et présentent un diamètre interne sensiblement égal au diamètre externe de la partie tubulaire 115. Ils sont plaqués contre la partie tubulaire 115 et fixés de manière étanche à la surface externe de la partie tubulaire 115. Les zones concaves 123, 125 font saillies radialement vers l’extérieur par rapport aux bords circonférentiels 129, 131 et sont ouvertes vers l’intérieur.
Chacune des zones concaves 123, 125 s’étend sur légèrement moins de 180° à partir de la zone d’impact 127. Elle présente des extrémités respectives 133 et 135, qui sont séparées l’une de l’autre par une bande 137 raccordant les bords inférieur et supérieur 129, 131 l’un à l’autre. La bande 137 est plaquée de manière étanche contre la surface externe de la partie tubulaire 115, de telle sorte que les gaz d’échappement ne peuvent pas passer de l’extrémité 133 à l’extrémité 135.
La coque 117, qui définit la paroi externe des conduits 37, présente une nervure verticale 139, parallèle à la ligne centrale L, au centre de l’entrée 39. Cette nervure s’étend sur la plus grande partie de la hauteur des conduits 37, la hauteur étant prise parallèlement à la ligne centrale L. La nervure 139 est ménagée sur la zone d’impact 127.
Par ailleurs, et comme visible sur la figure 12, la paroi externe des conduits c’est-à-dire la coque 117, présente de préférence deux nervures horizontales 141, disposées de part et d’autre de la nervure verticale 139, dans la zone d’impact 127. Chaque nervure horizontale 141 s’étend dans un plan perpendiculaire à la ligne centrale L. Elle fait saillie vers l’intérieur des conduits 37. La fonction des nervures 139 et 141 sera précisée plus loin.
La partie tubulaire 115 et la coque 117 présentent des orifices respectifs 143, 145, placés en vis-à-vis, pour la réception du support d’injecteur 101. Les orifices 143 et 145 sont diamétralement opposés à l’entrée 39 par rapport à l’axe central L.
Par ailleurs, la coupelle 27 présente plusieurs languettes de fixation 147 (figure 10), raccordée à un bord périphérique 149 de la coupelle. Ces languettes 147 s’étendent vers l’organe aval 5, selon la ligne centrale L, à partir du bord périphérique 149. La partie tubulaire 115, comme visible sur la figure 13, présente des trous 150 en regard des languettes 147, ces trous permettant de réaliser une soudure bouchon fixant la coupelle 27 à la partie tubulaire 115.
Ainsi, comme dans le premier mode de réalisation, les conduits 37 sont situés à l’extérieur du volume délimité par la partie tubulaire. Ceci permet d’allonger le trajet moyen des veines de gaz d’échappement, sans augmenter excessivement l’encombrement du tronçon d’injection 7 parallèlement à la ligne centrale L.
Comme dans le premier mode de réalisation, la section de passage offerte aux gaz d’échappement dans chacun des conduits 37 correspond à la section de passage dans le conduit de sortie S, plus 20%. De manière à ne pas augmenter excessivement l’encombrement radial du tronçon d’injection, la coque 117 est conformée de telle sorte que chaque conduit 37 présente une hauteur importante et une profondeur réduite. La hauteur est prise ici parallèlement à la ligne centrale L et la profondeur radialement. Ainsi, les zones concaves 123, 125 sont conformées de telle sorte que les conduits 37 présentent des hauteurs supérieures à la longueur prédéterminée séparant la face de sortie 24 de la face d’entrée 25 (voir figure 13).
Dans l’exemple représenté, la hauteur atteint 70 mm, pour une longueur prédéterminée de 40 mm.
Comme visible notamment sur les figures 11 et 12, la hauteur et la profondeur des parties concaves 123, 125 décroît depuis l’entrée 39 jusqu’aux extrémités 133, 135. En effet, la quantité de gaz d’échappement circulant dans les conduits 37 diminue quand on suit circonférentiellement chaque conduit 37, au fur et à mesure que les gaz d’échappement traversent les sorties 119, 121.
Par ailleurs, et comme illustré sur la figure 13, la hauteur des sorties 119, 121 augmente quand on les suit circonférentiellement à partir de l’entrée 39. En effet, pour des raisons purement géométriques, la hauteur des sorties 119, 121 doit longer les bords de la coupelle. La raison est qu’il est nécessaire que la section d’entrée du conduit corresponde sensiblement à la section de sortie du conduit. Ainsi, avec une longueur suffisante des conduits, il serait possible d’avoir une hauteur des sorties 119, 121 qui reste égale quand on les suit circonférentiellement à partir de l’entrée 39.
Au total, les quatre sorties 119, 121 présentent une section de passage au moins égale à celle de l’entrée 39, pour réduire la contre-pression.
Les sorties 119, 121 sont disposées de manière symétrique par rapport à un plan contenant la ligne centrale L et le canal d’injection 59.
Le fonctionnement de la ligne d’échappement selon le second mode de réalisation va maintenant être décrit.
Les gaz d’échappement sortant par la face de sortie 24 de l’organe amont viennent frapper directement la grande face amont 29 de la coupelle 27. Une partie des gaz est collectée directement par le canal d’injection 59, et est dévié le long du canal jusqu’à l’entrée 39. La fraction des gaz d’échappement arrosant les deux ailes 113 est guidée par les ailes 113 jusqu’au canal d’injection 59. Les gaz sont ensuite canalisés par le canal d’injection 59 jusqu’à l’entrée 39. L’injecteur 15 injecte un jet de réactif dans le canal d’injection, selon une direction d’injection sensiblement à co-courant des gaz d’échappement s’écoulant dans le canal d’injection 59 jusqu’à l’entrée 39.
Les gaz d’échappement se séparent en deux flux égaux, chacun des deux flux s’écoulant dans l’un des conduits 37. Cette séparation est facilitée par la nervure verticale 139, qui est sensiblement au milieu de l’entrée. Ceci permet de réduire la contre-pression générée par le changement direction de flux de gaz. La nervure verticale 139 permet de diviser le flux de gaz d’échappement de manière précise et moins dépendante des défauts géométriques.
Une fois que le jet de réactif a traversé l’entrée 39, il vient impacter la zone d’impact 127, de part et d’autre de la nervure verticale 139. Le réactif commence à s’évaporer, et éventuellement à se transformer en ammoniac, au cours de son transit le long du canal d’injection 59, mais son évaporation et sa transformation éventuelles ont principalement lieu une fois que l’impact sur la zone d’impact provoque l’éclatement du jet en une multitude de gouttelettes. Une partie des gaz d’échappement traversant l’entrée 39 est elle aussi projetée sur la zone d’impact, ce qui augmente drastiquement la diffusion de l’ammoniac dans le gaz.
Par ailleurs, la forme des zones concaves 123, 125 est choisie de manière à créer des vortex ayant pour but de mélanger de manière uniforme le réactif dans les gaz d’échappement. Les nervures horizontales 141 contribuent significativement à la création des vortex, du fait qu’ils repoussent les gaz d’échappement vers les parties haute et basse des conduits 37.
Les gaz d’échappement parcourent ensuite les conduits 37 jusqu’aux sorties 119, 121. La forme et la position de ces sorties sont telles que les gaz d’échappement entrent le plus possible tangentiellement dans le volume aval 35, sous les ailes 113 de la coupelle. Les lignes de flux se rejoignent sous l’injecteur 15, en amont du canal d’injection 59. A ce point, il y a peu d’espace entre la coupelle et la face d’entrée 25, de telle sorte que les gaz d’échappement vont changer de direction pour suivre une trajectoire parallèle au canal d’injection 59, vers l’entrée 39. On créé ainsi deux recirculations sous les ailes 113, ces recirculations circulaires étant séparées l’une de l’autre par le canal 59. Ceci favorise une répartition homogène des gaz d’échappement sur la face d’entrée 25 de l’organe aval 5.
La coupelle 27 a donc une double fonction, de collecte des gaz d’échappement sortant de la face de sortie 24 de l’organe amont 3, et de diffusion des gaz d’échappement chargés en réactif sur la face d’entrée 25 de l’organe aval 5.
Le fait que l’injection soit réalisée à co-courant avec les gaz d’échappement présentent les avantages mentionnés plus haut, à savoir que le jet de réactif n’est pas dévié en fonction du débit de gaz d’échappement.
La contre-pression créée par le tronçon d’injection est très modérée, du fait des sections de passage importantes offertes aux gaz d’échappement dans les conduits 37. Il est à noter que le positionnement de l’injecteur par rapport à la nervure verticale doit permettre de diviser le jet de réactif en deux parties égales, de part et d’autre de cette nervure verticale.
Pour la fabrication de la ligne d’échappement, la partie tubulaire 115 est d’abord percée pour obtenir l’entrée 39, les sorties 119 et 121, et les trous 150 destinés aux soudures bouchons.
La coupelle 27 est obtenue par emboutissage, y compris les languettes 147. La coupelle 27 est insérée en force dans la partie tubulaire 115. La coupelle 27 est ensuite soudée sur la partie tubulaire 115, par des soudures bouchons. Il est à noter que la jointure entre la coupelle 27 et la partie tubulaire 115 est très bonne, de telle sorte que les éventuelles fuites de gaz d’échappement entre ces deux pièces sont négligeables.
La coque 117 est obtenue par hydroformage, ou par tout autre procédé de formage adapté, à partir d’un tube dont le diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur de la partie tubulaire 115. Elle est ensuite percée de manière à créer l’orifice 143 destiné à la pièce de fixation de l’injecteur. La coque 117 est ensuite soudée sur le manteau sur toute sa périphérie.
Le support d’injecteur 101 est soudé sur la partie tubulaire 115. Les organes amont et aval 3, 5 sont alors insérés dans les tubes 17 et 21 et l’opération de serrage des nappes 19, 23 a lieu ensuite.
Une première variante du second mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrite en référence à la figure 15. Seuls les points par lesquels cette variante diffère de celle des figures 9 à 14 seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions seront désignés par les mêmes références.
Comme visible sur la figure 15, le tronçon d’injection 7 ne comporte qu’une seule sortie par conduit 37, cette sortie étant référencée ici 119. Les zones concaves 123, 125 sont donc plus courtes circonférentiellement, et ne s’étendent que sur environ 90° à partir de l’entrée 39. Dans ce cas, il est possible d’obtenir la coque 117 par hydroformage. Dans une variante représentée sur la figure 23, la coque 117 est obtenue par emboutissage classique, avec éventuellement une opération de pliage pour former la nervure verticale 139. Elle est ensuite rapportée sur la partie tubulaire 115 et fixée à celle-ci par exemple par des lignes de soudure S.
Une seconde variante du second mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrite en références aux figures 16 et 17.
Seuls les points par lesquels cette variante diffère de celle des figures 9 à 14 seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions seront désignés par les mêmes références.
Dans cette variante, la coque 117 est venue de matière avec la partie tubulaire 115.
Par ailleurs, le tronçon d’injection comprend un tube interne 151, logé dans la partie tubulaire 115, chaque conduit 37 étant délimité entre la coque 117 et le tube interne 151. L’enveloppe 9 est obtenue par déformation d’une pièce initialement cylindrique, la zone destinée à former la coque 117 étant repoussée radialement vers l’extérieur du cylindre, et faisant donc saillie vers l’extérieur par rapport au reste de ce cylindre. La partie non déformée constitue la partie tubulaire 115, et la partie déformée constitue la coque 117.
Cette coque 117 est délimitée par une paroi pleine 153 vers l’extérieur et est entièrement ouverte vers l’intérieur.
Typiquement, cette opération de déformation est réalisée par hydroformage. L’entrée 39 et les orifices de sortie 119, 121 sont découpés dans le tube interne 151. De même, l’orifice 143 prévu pour la fixation du support d’injecteur 101 est également découpé dans le tube 151. Le tube interne 151 est placé à l’intérieur de la partie tubulaire 115, et est coaxial à la ligne centrale L. Il est plaqué contre la surface interne de la partie tubulaire 115, et placé en regard de la coque 117. Ainsi, le tube interne 151 ferme la coque 117, d’un côté radialement interne, sur toute sa longueur circonférentielle, sauf au niveau de l’entrée 39 et des sorties 119, 121.
La coupelle 27 est engagée à l’intérieur du tube interne 151 et est rigidement fixée à celle-ci. L’orifice 143 du tube interne 151 est placé en regard de l’orifice 145 de la partie tubulaire 115.
Une troisième variante du second mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrite, en référence aux figures 18 et 19. Seuls les points par lesquels cette variante diffère de celle des figures 16 et 17 seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions seront désignés par les mêmes références.
Dans cette variante de réalisation, l’enveloppe 9 a la même forme et est obtenue de la même façon que dans la seconde variante de réalisation.
En revanche, le tube interne 151 et la coupelle 27 sont d’une pièce, et sont typiquement venue de matière. Plus précisément, la coupelle 27 comporte un bord dressé 155, en saillie vers l’organe amont 3. Le bord dressé 155 s’étend sur le pourtour des ailes 113 de la coupelle 27.
Il est séparé en deux parties par deux échancrures 157, 159 diamétralement opposées, situées aux deux extrémités du canal d’injection 59. L’échancrure 157 définit l’orifice 143 de réception du support d’injecteur, et l’échancrure 159 définit l’entrée 39.
Les deux parties du bord dressé 155 s’inscrivent dans un cylindre de diamètre externe correspondant au diamètre interne de la partie tubulaire 115. Le bord dressé 155 constitue le tube interne 151 de la deuxième variante de réalisation.
La coupelle 27, portant le bord dressé 155, est insérée à l’intérieur de la partie tubulaire 115, de telle sorte que le bord dressé 155 soit situé en vis-à-vis de la coque 117. Ce bord dressé 155 obture les conduits 37 de part et d’autre de l’entrée 39, sur une partie de la longueur circonférentielle des conduits 37. En revanche, les conduits 37, à leurs extrémités opposés à l’entrée 39, ne sont pas obturés.
Ainsi, dans la troisième variante de réalisation, le bord dressé 155 ne comporte pas d’orifice de sortie.
La coupelle 27, avec le bord dressé 155, est typiquement obtenue par emboutissage.
Les échancrures 157 et 159, dans l’exemple représenté sur les figures 18 et 19, sont ouvertes vers l’organe amont. En variante, ces échancrures 157 et 159 sont remplacées par des orifices à contour fermé, découpés dans le bord dressé 155.
Une quatrième variante du second mode de réalisation va maintenant être détaillée, en référence aux figures 20 et 21. Seuls les points par lesquels cette quatrième variante diffère de la troisième variante seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions seront désignés par les mêmes références.
Dans cette quatrième variante de réalisation, les conduits 37 sont situés, pour une partie ou en totalité, à l’intérieur de la partie tubulaire 115.
Dans l’exemple de réalisation représenté sur les figures 20 et 21, l’enveloppe 9 comporte la partie tubulaire 115 et la coque 117, mais la section de passage offerte au gaz d’échappement par les zones concaves 123 et 125 sont plus faibles que dans la troisième variante de réalisation. Par exemple, la hauteur des zones concaves 123, 125 est réduite et correspond sensiblement à la longueur déterminée séparant les faces de sortie 24 et d’entrée 25.
Les gaz d’échappement traversant l’entrée 39 circulent ensuite pour partie à l’intérieur des zones concaves 123 et 125, et pour partie circonférentiellement dans un volume de la partie tubulaire s’étendant le long des zones concaves 123 et 125.
De manière à offrir aux gaz d’échappement une section de passage suffisante, et donc à ne pas créer de contre-pression excessive, les ailes 113 de la coupelle sont découpées, de part et d’autre de l’entrée 39. Ces découpes 161 sont conformées pour que la section de passage offerte aux gaz d’échappement depuis l’entrée 39, à travers les sections délimitées par les découpes 161 et les parties concaves 123 et 125, correspondent sensiblement à la section de passage de l’entrée 39. L’entrée 39, par rapport à la troisième variante de réalisation, est décalée légèrement vers l’amont du canal d’injection 59. Elle est délimitée par les découpes 161.
Les découpes 161 créent des échancrures de part et d’autre du canal d’injection 59, immédiatement en aval de l’entrée 39. Ces échancrures sont situées à l’intérieur de la partie tubulaire 115. Ainsi, une partie des gaz d’échappement traverse l’entrée 39 puis est dirigée circonférentiellement dans les zones concaves 123, 125. Une autre partie des gaz d’échappement traverse l’entrée 39, passe directement à travers les échancrures délimitées par les découpes 161, et circule à l’intérieur de la partie tubulaire 115. Cette partie circule circonférentiellement, le long des zones concaves 123, 125, mais à l’extérieur de celle-ci.
Afin d’éviter un passage direct des gaz d’échappement depuis l’entrée 39, à travers les échancrures délimitées par les découpes 161, jusqu’à la face d’entrée 25 de l’organe aval, le conduit d’injection comporte un déflecteur 163 lié à la coupelle 27, chaque conduit 37 étant au moins partiellement délimité vers l’organe aval 5 par le déflecteur 163 et vers l’organe amont 3 par une des ailes 113 de la coupelle.
Comme visible sur la figure 21, le déflecteur 163 comprend deux plaques 165 s’étendant circonférentiellement à partir d’une extrémité 167 du canal 59 située immédiatement en aval de l’entrée 39. Les plaques 165 s’étendent circonférentiellement en sens inverse l’une de l’autre à partir de l’extrémité 167. Elles s’étendent sous les portions des ailes 113 qui jouxtent les découpes 161. Les plaques 165 s’étendent dans un plan sensiblement perpendiculaire à la ligne centrale L, ou au contraire, ont une forme de portion d’hélice s’enroulant autour de la ligne centrale L, à partir de l’extrémité 167, et vers l’organe aval 5. Les plaques 165 peuvent également avoir des formes plus simples, notamment de demi-croissant ou sensiblement triangulaires, trapézoïdales ou rectangulaires, la liste n’étant pas limitative.
Chaque plaque 165 est située le long du tube interne, immédiatement sous les zones concaves 123, 125. On entend là que les plaques 165 sont légèrement décalées vers l’organe aval 5 par rapport aux zones 123, 125. Circonférentiellement, les plaques 165 s’étendent sur toute la longueur des zones concaves 123, 125. Les plaques 165 sont venues de matière l’une avec l’autre, ou au contraire sont indépendantes l’une de l’autre et chacune rapportée sur la coupelle 27.
Le déflecteur 163 permet d’allonger le temps de parcours des gaz d’échappement avant que ceux-ci n’attaquent que la face d’entrée 25 de l’organe aval. A l’extrême, l’enveloppe 9 ne comporte pas de coque 117, et ne comporte que la partie tubulaire 115. Elle a donc une forme tubulaire, sans protubérance en saillie vers l’extérieur par rapport à la partie tubulaire 115. Dans ce cas, les gaz d’échappement circulent à partir de l’entrée 39, entièrement à l’intérieur de la partie tubulaire 115. Les échancrures délimitées par les découpes 161 ont alors des sections de passage correspondant, au total, à celle de l’entrée 39.
Il est à noter que, quelle que soit la variante de réalisation, l’injecteur 15 n’est pas nécessairement exactement dans l’axe du canal d’injection 59. L’angle entre la direction d’injection et l’axe du canal d’injection 59 peut être compris entre plus 20° et moins 20°, comme illustré sur la figure 22. En revanche, le point d’impact du jet de réactif est impérativement la zone d’impact 127 dans laquelle est ménagée la nervure verticale 139. Au-delà de l’angle de 20°, la trajectoire des jets de réactif pourrait être excessivement déviée quand le débit de gaz d’échappement varie, et pourrait n’arroser qu’un des côtés de la nervure verticale 139, ce qui entraînerait une forte dégradation des performances de mélange.
Il est également envisageable de positionner l’injecteur 15 de façon à ce que la répartition de réactif dans chacun des deux conduits ne soit pas identique. Les formes de la coupelle et de la coque 117 sont alors modifiées en conséquence, de manière à ce que le flux de gaz soit plus important du côté où part la majeure partie du réactif.
Comme indiqué plus haut, chacun des conduits 37 peut présenter des sections de forme variable, en fonction des contraintes d’encombrement. Par exemple, la hauteur du conduit varie entre 30 et 80 mm, et la profondeur entre 20 et 40 mm. Au-delà de ces limites, les vortex assurant le mélange entre le réactif et les gaz d’échappement disparaissent, et le mélange devient moins bon.
Sur la figure 12, les nervures horizontales 141 s’inscrivent dans un plan perpendiculaire à la ligne centrale L. La longueur circonférentielle de ces nervures est variable, et choisie en fonction de la géométrie du tronçon d’injection. En variante, les nervures horizontales 141 ne s’inscrivent pas dans un plan perpendiculaire à la ligne centrale L mais peuvent être inclinées par rapport à un tel plan. Les nervures horizontales 141 situées de part et d’autre de la nervure 139 par exemple formant ensemble un V pointant vers le bas, ou pointant vers le haut. En variante, elles forment un X, se croisant au niveau de la nervure verticale 139.
La longueur déterminée entre l’organe amont 3 et l’organe aval 5 est typiquement comprise entre 25 et 70 mm. Par exemple, elle vaut 40 mm. Quand cette longueur est faible, la contre-pression est augmentée. Quand la longueur est importante, la contre-pression diminue mais la taille de l’entrée 39 doit être importante. Il est alors difficile de conserver la qualité de mélange sans modifier la forme des nervures horizontales.
Comme dans le premier mode de réalisation, il est possible de ménager des perforations dans la coupelle 27. Ces perforations permettent à une partie du flux du gaz d’échappement de passer directement du volume amont au volume aval, sans traverser les conduits. Le nombre et la position des perforations sont choisis de manière à corriger la distribution de réactif au niveau de la face d’entrée 25, ou à diminuer la quantité de gaz d’échappement traversant les conduits 37, et donc à diminuer la contre-pression globale.
Comme précédemment, les axes centraux des organes amont et aval 3, 5 sont typiquement alignés. En variante, ces axes centraux ne sont pas alignés et forment l’un avec l’autre un angle compris entre -30° et +30°.
Chaque conduit 37, selon une variante de réalisation, présente une entrée qui lui est propre, les entrées des deux conduits 37 étant physiquement et fluidiquement séparées. Typiquement, les deux conduits sont alors entièrement séparés fluidiquement l’un de l’autre.
Par ailleurs, selon une autre variante applicable aux deux modes de réalisation, chaque conduit 37 comporte plusieurs entrées, débouchant toutes dans ledit conduit.
Selon encore une autre variante applicable aux deux modes de réalisation, l’injecteur 15 est orienté de manière à injecter le réactif à contre-courant des gaz d’échappement dans le canal d’injection 59. Par rapport à la version de l’invention dans laquelle l’injection est à contre-courant, les positions de l’injecteur et de la zone d’impact du jet de réactif sont inversées. Dans le premier mode de réalisation, l’injecteur est par exemple monté sur le conduit 37. Dans le second mode de réalisation, l’injecteur est par exemple monté sur la coque 117, à la place de la zone d’impact 127.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. -Ligne d’échappement de véhicule automobile, la ligne d’échappement (1) comprenant : - des organes amont et aval (3 ; 5) de traitement des gaz d’échappement circulant dans la ligne d’échappement (1), les organes amont et aval (3 ; 5) étant placés en série dans la ligne d’échappement (1), - un tronçon d’injection (7) comprenant une enveloppe (9) délimitant intérieurement un passage (11) de circulation d’un flux de gaz d’échappement s’étendant d’une face de sortie (24) de l’organe amont (3) jusqu’à une face d’entrée (25) de l’organe aval (5), le passage (11) ayant une ligne centrale présentant une longueur déterminée entre les faces de sortie et d’entrée (24, 25), le tronçon d’injection (7) comportant au moins une coupelle (27) disposée à l’intérieur du passage de circulation (11) dans le trajet du flux de gaz d’échappement de telle sorte que le trajet moyen des veines de gaz d’échappement soit supérieur d’au moins 20% par rapport à la longueur déterminée, la coupelle (27) ayant une grande face amont (29) directement arrosée par les gaz d’échappement sortant de l’organe amont (3) et divisant le passage de circulation (11) en un volume amont (33) s’étendant entre la face de sortie (24) et la coupelle (27), et un volume aval (35) s’étendant entre la coupelle (27) et la face d’entrée (25) ; - un dispositif d’injection (13) comportant un injecteur de réactif (15) prévu pour injecter le réactif dans le tronçon d’injection (7); caractérisée en ce que - le tronçon d’injection (7) comprend au moins un conduit (37) raccordant fluidiquement le volume amont (33) au volume aval (35), le conduit (37) ayant au moins une entrée (39) débouchant dans le volume amont (33) et au moins une sortie (41, 119, 121) débouchant dans le volume aval (35), chaque entrée (39) étant raccordée à au moins une sortie (41, 119, 121), le conduit (37) s’étendant circonférentiellement autour de la ligne centrale ; - la coupelle (27) définit au moins un canal d’injection (59), et au moins une zone de guidage (61) agencée de manière à guider jusqu’audit canal d’injection (59) une partie des gaz d’échappement arrosant la grande face amont (29) ; - l’injecteur (15) étant orienté de manière à injecter le réactif sensiblement à cocourant ou à contre-courant des gaz d’échappement dans le canal d’injection (59), celui-ci s’étendant depuis l’injecteur (15) jusqu’à l’entrée (39) du conduit (37).
  2. 2. - Ligne d’échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la coupelle (27) définit au moins une zone de guidage direct (69) agencée de manière à guider une seconde partie des gaz d’échappement arrosant la grande face amont directement jusqu’à l’entrée (39) du conduit (37) sans passer par le canal d’injection (59).
  3. 3. - Ligne d’échappement selon la revendication 2, caractérisée en ce que l’enveloppe (9) présente une bande rectiligne (63) le long du canal d’injection (59).
  4. 4. - Ligne d’échappement selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la coupelle (27) est mise en forme de manière à présenter une partie principale (45) formant au moins le canal d’injection (59) et la zone de guidage (61), et une partie (47) en saillie vers la face de sortie (24) de l’organe amont (3) par rapport à la partie principale (45), la zone de guidage (61) étant délimitée d’un côté par l’enveloppe (9), d’un autre côté par la partie en saillie (47) et débouchant dans le canal d’injection (59).
  5. 5. - Ligne d’échappement selon la revendication 4, caractérisée en ce que la partie en saillie (47) s’étend à partir d’un bord périphérique (49) de la coupelle (27) jusqu’à un centre (51) de la coupelle (27).
  6. 6. - Ligne d’échappement selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la partie en saillie (47) délimite une sortie (41) du conduit (37) débouchant dans le volume aval (35).
  7. 7. - Ligne d’échappement selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l’enveloppe (9) comprend deux demi-coquilles (83, 85) délimitant entre elles le conduit (37).
  8. 8. - Ligne d’échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tronçon d’injection (9) comprend deux conduits (37) raccordant fluidiquement au moins une entrée (39) à au moins une sortie (41, 119, 121) débouchant dans le volume aval (35), et s’étendant circonférentiellement en sens inverse à partir de l’entrée (39) autour de la ligne centrale.
  9. 9. - Ligne d’échappement selon la revendication 8, caractérisée en ce que la coupelle (27) présente deux ailes (113) disposées de part et d’autre du canal d’injection (59), les deux ailes (113) étant inclinées de telle sorte que, à partir du canal d’injection (59), elles s’écartent l’une de l’autre et s’étendent vers l’organe amont (3).
  10. 10. - Ligne d’échappement selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que les conduits (37) sont délimités par une paroi externe, la paroi externe comportant une nervure verticale (139) parallèle à la ligne centrale, au centre de l’entrée (39).
  11. 11. - Ligne d’échappement selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que chaque conduit (37) est délimité vers l’extérieur par l’enveloppe (9) et est ouvert vers l’intérieur sur sensiblement toute sa longueur.
  12. 12, - Ligne d’échappement selon la revendication 11 prise en combinaison avec la revendication 9, caractérisée en ce que les ailes (113) présentent des échancrures (157, 159) de part et d’autre de l’entrée (39), pour le passage des gaz d’échappement depuis l’entrée (39) dans les conduits (37).
  13. 13. - Ligne d’échappement selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 ou 8 à 10, caractérisée en ce que l’enveloppe (9) comprend une partie tubulaire (115) dans laquelle est logée la coupelle (27) et une coque (117) rapportée sur la partie tubulaire (115) et délimitant le ou chaque conduit (37).
  14. 14, - Ligne d’échappement selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 ou 8 à 10, caractérisée en ce que l’enveloppe (9) comprend une partie tubulaire (115) dans laquelle est logée la coupelle (27) et une coque (117) venue de matière avec la partie tubulaire (115) et faisant saillie vers l’extérieur de la partie tubulaire (115), la coque (117) délimitant le ou chaque conduit (37).
  15. 15. - Ligne d’échappement selon la revendication 14, caractérisée en ce que le tronçon d’injection comprend en outre un tube interne (151) logé dans la partie tubulaire (115), chaque conduit (37) étant délimité entre la coque (117) et le tube interne (151), le tube interne (151) étant de préférence venu de matière avec la coupelle (27).
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