FR3110634A1 - Dispositif de mélange, ligne d’échappement et véhicule associés - Google Patents
Dispositif de mélange, ligne d’échappement et véhicule associés Download PDFInfo
- Publication number
- FR3110634A1 FR3110634A1 FR2005244A FR2005244A FR3110634A1 FR 3110634 A1 FR3110634 A1 FR 3110634A1 FR 2005244 A FR2005244 A FR 2005244A FR 2005244 A FR2005244 A FR 2005244A FR 3110634 A1 FR3110634 A1 FR 3110634A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- central axis
- mixing device
- disc
- deflector
- exhaust
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 15
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 6
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009283 thermal hydrolysis Methods 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
- F01N3/28—Construction of catalytic reactors
- F01N3/2892—Exhaust flow directors or the like, e.g. upstream of catalytic device
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
- F01N2240/20—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Abstract
Dispositif de mélange, ligne d’échappement et véhicule associé s Ce dispositif de mélange d’un agent réducteur à des gaz d’échappement s’étend le long d’un axe central (X-X’) et comprend : - une paroi amont (28) comprenant un orifice d’alimentation (38), - une paroi aval (32) comprenant un orifice d’évacuation (40), - une enveloppe (34) s’étendant, autour de l’axe central (X-X’), entre la paroi amont (28) et la paroi aval (32), et délimitant radialement un volume intérieur, et - un mélangeur (36), disposé dans le volume intérieur. Le mélangeur (36) comprend un déflecteur (44) comprenant un disque (48) et au moins deux ailettes (50), le disque (48) s’étendant perpendiculairement à l’axe central (X-X’) et autour de l’axe central (X-X’), chaque ailette (50) s’étendant radialement dans la continuité du disque (48) entre le disque (48) et l’enveloppe (34), chaque ailette (50) connectant le disque (48) à l’enveloppe (34). Figure pour l'abrégé : Figure 2
Description
La présente invention concerne un dispositif de mélange d’un agent réducteur à des gaz d’échappement, le dispositif de mélange s’étendant le long d’un axe central et comprenant :
-une paroi amont comprenant un orifice d’alimentation destiné à être connecté à un conduit d’alimentation en gaz d’échappement,
-une paroi aval comprenant un orifice d’évacuation destiné à être connecté à un conduit d’évacuation des gaz d’échappement,
-une enveloppe s’étendant, autour de l’axe central, entre la paroi amont et la paroi aval, et délimitant radialement un volume intérieur de circulation des gaz d’échappement, l’enveloppe étant destinée à guider les gaz d’échappement depuis l’orifice d’alimentation vers l’orifice d’évacuation,
-un mélangeur, disposé dans le volume intérieur.
Les dispositifs de mélange d’un agent réducteur à des gaz d’échappement sont principalement utilisés dans des véhicules comprenant des moteurs à combustion interne, tels que, par exemple, les véhicules automobiles.
Les moteurs à combustion interne de véhicules automobiles sont connus pour produire des oxydes d’azote également désignés par « NOx ». Ceux-ci peuvent constituer une source significative de pollution de l’air puisqu’ils contribuent à la formation de brouillard et de pluie acide, et affectent l’ozone troposphérique. Il est donc souhaitable d’éliminer les NOx contenus dans le gaz d’échappement issu de ces moteurs.
A cette fin, on a développé un procédé connu sous le nom de « réduction catalytique sélective » (RCS), dans lequel de l’ammoniac est utilisé pour réduire le NOx en azote inoffensif. La manière la plus courante de mettre en œuvre ce procédé consiste à injecter dans la conduite d’échappement un agent à base d’urée liquide qui sera mélangé avec le gaz d’échappement et soumis à une hydrolyse thermique pour se transformer en ammoniac, avant que le mélange de gaz d’échappement et d’ammoniac passe à travers un catalyseur RCS dans lequel l’ammoniac réduit le NOx en azote.
Afin d’optimiser le mélange l’agent réducteur avec les gaz d’échappement, il est possible d’utiliser des dispositifs de mélange de l’agent réducteur aux gaz d’échappement. De tels dispositifs de mélange assurent notamment un écoulement turbulent des gaz d’échappement permettant d’homogénéiser le mélange d’agent réducteur avec les gaz d’échappement, permettant une purification plus efficace du mélange de gaz d’échappement et d’agent réducteur passant au travers d’un catalyseur RCS disposé en aval du mélangeur.
De tels dispositifs de mélange ne donnent toutefois pas entière satisfaction. En effet, le mélange de l’agent réducteur aux gaz d’échappement dans de tels mélangeurs n’est pas toujours complet et entraine alors un dépôt de gouttelettes d’agent réducteur en aval du mélangeur. De tels dispositifs de mélange génèrent en outre, au niveau dudit dispositif de mélange, une perte de charge élevée des gaz d’échappement.
Un but de l’invention est alors de proposer un dispositif de mélange empêchant le dépôt d’agent réducteur en aval du dispositif de mélange et minimisant les pertes de charge.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de mélange tel que précité, dans lequel, le mélangeur comprend un déflecteur comprenant un disque et au moins deux ailettes, le disque s’étendant perpendiculairement à l’axe central et autour de l’axe central, chaque ailette s’étendant radialement dans la continuité du disque entre le disque et l’enveloppe, chaque ailette connectant le disque à l’enveloppe.
Un tel déflecteur, comprenant un disque s’étendant perpendiculairement à l’axe central et autour de l’axe central, est particulièrement avantageux pour maximiser la turbulence du flux de gaz d’échappement circulant au travers du dispositif de mélange tout en minimisant le dépôt d’agent réducteur. En effet, un tel disque vient dévier les gaz d’échappements autour de l’axe central, dans une région où les gaz d’échappement ont une énergie cinétique et thermique élevée. Les ailettes améliorent par ailleurs la turbulence du gaz d’échappement, et minimisent le dépôt d’agent réducteur en aval du dispositif de mélange, tout en assurant la présence d’une section de passage pour les gaz d’échappement suffisante pour minimiser les pertes de charge.
Selon des modes de réalisation particuliers de l’invention, le dispositif de mélange comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes combinaisons techniquement possibles :
- chaque ailette comprend deux bordures radiales définies par des rayons connectant l’axe central à l’enveloppe, chaque ailette s’étendant orthoradialement entre lesdites bordures radiales ;
- l’angle formé entre les bordures radiales est compris entre 25° et 80° ;
- le mélangeur comprend au moins une patte de support s’étendant sensiblement longitudinalement dans la direction définie par l’axe central, chaque patte de support étant disposée entre la paroi amont et le déflecteur pour connecter le déflecteur à la paroi amont et/ou entre la paroi aval et le déflecteur pour connecter le déflecteur à la paroi aval ;
- chaque patte de support est en forme de section de tube d’axe central, chaque patte de support comprenant deux bordures longitudinales et s’étendant orthoradialement entre cesdeux bordures longitudinales ;
- le mélangeur comprend uniquement deux pattes de support et dans lequel le déflecteur comprend uniquement deux ailettes, les deux ailettes étant diamétralement opposées par rapport à l’axe central et les deux pattes de support étant diamétralement opposées par rapport à l’axe central, les deux ailettes étant angulairement décalées de 90° par rapport aux deux pattes de support ;
- l’orifice d’alimentation et l’orifice d’évacuation sont circulaires, le diamètre du disque pris perpendiculairement à l’axe central étant supérieur au diamètre de l’orifice d’alimentation pris perpendiculairement à l’axe central et/ou au diamètre de l’orifice d’évacuation pris perpendiculairement à l’axe central ; et
- l’enveloppe est cylindrique, le rapport de la longueur de l’enveloppe prise le long de l’axe central sur le diamètre intérieur de l’enveloppe pris radialement par rapport à l’axe central étant inférieur à quatre.
L’invention concerne en outre une ligne d’échappement comprenant un dispositif de mélange tel que précité.
L’invention concerne par ailleurs un véhicule comprenant une ligne d’échappement telle que précitée.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
Dans la suite de la description, les termes amont et aval sont définis en fonction d’un sens d’écoulement d’un fluide depuis une source, un point amont étant plus proche de la source de l’écoulement qu’un point aval.
On a représenté, sur la figure 1 un véhicule 10 comportant une ligne d’échappement 12. La ligne d’échappement 12 est par exemple destinée à traiter les gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne 14, par exemple d’un moteur diesel.
La ligne d’échappement 12 est par exemple une ligne d’échappement de véhicule 10, et notamment de de véhicule ferroviaire et de bateau. En variante, la ligne d’échappement est une ligne d’échappement d’un véhicule automobile tel qu’une voiture, un bus ou un camion. En variante encore, la ligne d’échappement 12 est une ligne d’échappement d’une installation fixe.
La ligne d’échappement 12 comprend un dispositif de mélange 16 d’un agent réducteur gazeux à des gaz d’échappement et comprend de préférence un dispositif de purification 18 des gaz d’échappement et un dispositif d’injection 20 de l’agent réducteur gazeux.
La ligne d’échappement 12 comprend par exemple un conduit d’évacuation 22 des gaz d’échappements, connecté au dispositif de mélange 16 et s’étendant en aval du dispositif de mélange 16 et un conduit d’alimentation 24 en gaz d’échappement, connecté au dispositif de mélange 16 et s’étendant en amont du dispositif de mélange 16.
Le dispositif de purification 18 est disposé en aval du dispositif de mélange 16. Le dispositif de purification 18 est connecté fluidiquement au dispositif de mélange 16, par exemple par le conduit d’évacuation 22. Le conduit d’évacuation 22 est alors destiné à conduire les gaz d’échappement depuis le dispositif de mélange 16 vers le dispositif de purification 18.
Le dispositif de purification 18 comprend par exemple un catalyseur à réduction catalytique sélective (ou catalyseur RCS) et il est configuré pour purifier les gaz d’échappement du moteur à combustion interne 14 ayant circulé au travers du dispositif de mélange 16.
Le dispositif d’injection 20 est de préférence disposé en amont du dispositif de mélange 16. Le dispositif d’injection 20 est par exemple disposé entre le moteur à combustion interne 14 et le dispositif de mélange 16.
Dans la variante représentée en figure 2, le dispositif d’injection 20 est disposé au moins partiellement dans le conduit d’alimentation 24, le conduit d’alimentation 24 étant par exemple destiné à conduire les gaz d’échappement depuis le moteur à combustion interne 14 vers le dispositif de mélange 16. Le dispositif d’injection 20 est alors connecté fluidiquement au dispositif de mélange 16 par le conduit d’alimentation 24.
Le dispositif d’injection 20 comprend par exemple au moins une buse 26, chaque buse 26 étant destinée à injecter un agent réducteur dans la ligne d’échappement 12, par exemple en amont du dispositif de mélange 16. Chaque buse 26 est de préférence destinée à injecter un agent réducteur adapté pour se transformer en ammoniac par hydrolyse thermique puis pour réduire le NOx contenu dans le flux de gaz d’échappement, issu du moteur à combustion interne 14, en azote inoffensif.
Dans la variante représentée en figure 2, le dispositif d’injection 20 ne comprend qu’une buse débouchant sensiblement au centre radial du conduit d’alimentation 24.
Le dispositif de mélange 16 s’étend le long d’un axe central X-X’. Dans la variante représentée sur la figure 2, le conduit d’alimentation 24 et le conduit d’évacuation 22 sont alignés au dispositif de mélange 16 suivant l’axe central X-X’.
Le dispositif de mélange 16 est destiné à mélanger un agent réducteur à des gaz d’échappement. En particulier, lorsque la ligne d’échappement comprend un dispositif d’injection 20, le dispositif de mélange 16 est destiné à mélanger l’agent réducteur injecté par le dispositif d’injection 20 aux gaz d’échappements issus du moteur à combustion interne 14.
Le dispositif de mélange 16 comprend une paroi amont 28, une paroi aval 32, une enveloppe 34 et un mélangeur 36.
La paroi amont 28 forme une extrémité amont du dispositif de mélange 16.
La paroi amont 28 comprend un orifice d’alimentation 38 du dispositif de mélange 16 en gaz d’échappement et par exemple en agent réducteur.
L’orifice d’alimentation 38 est connecté au conduit d’alimentation 24, le conduit d’alimentation 24 débouchant alors dans l’orifice d’alimentation 38. La paroi amont 28 s’étend par exemple radialement autour du conduit d’alimentation 24.
L’orifice d’alimentation 38 est par exemple circulaire. Le diamètre de l’orifice d’évacuation est par exemple compris entre 150 mm et 1000 mm.
La paroi amont 28 connecte fluidiquement le conduit d’alimentation 24 à l’enveloppe 34.
Dans le mode de réalisation présenté sur la figure 2, la paroi amont 28 s’étend sensiblement perpendiculairement à l’axe central X-X’.
Le contour radialement extérieur de la paroi amont 28 est par exemple circulaire et la paroi amont forme alors un disque accueillant le conduit d’alimentation 24.
L’épaisseur de la paroi amont 28, mesurée longitudinalement par rapport à l’axe central X-X’, est de préférence comprise entre 1.5 mm et 5 mm.
La paroi aval 32 forme une extrémité aval du dispositif de mélange 16.
La paroi aval 32 comprend un orifice d’évacuation 40 des gaz d’échappement et de l’agent réducteur du dispositif de mélange 16.
L’orifice d’évacuation 40 est connecté au conduit d’évacuation 22, l’orifice d’évacuation 40 débouchant alors dans le conduit d’évacuation 22. La paroi aval 32 s’étend par exemple radialement autour du conduit d’évacuation 22.
L’orifice d’évacuation 40 est par exemple circulaire. Le diamètre de l’orifice d’évacuation est par exemple compris entre 150 mm et 1000 mm.
La paroi aval 32 connecte fluidiquement le conduit d’évacuation 22 à l’enveloppe 34.
Dans le mode de réalisation présenté sur la figure 2, la paroi aval 32 s’étend sensiblement perpendiculairement à l’axe central X-X’.
La paroi aval 32 présente un contour radialement extérieur, par exemple de forme circulaire. La paroi aval forme alors un disque accueillant le conduit d’évacuation 22.
L’épaisseur de la paroi aval 32, mesurée longitudinalement par rapport à l’axe central X-X’, est de préférence comprise entre 1.5 mm et 5 mm.
L’enveloppe 34 s’étend autour de l’axe central X-X’, entre la paroi amont 28 et la paroi aval 32. L’enveloppe 34 délimite radialement un volume intérieur 42 de circulation des gaz d’échappement, l’enveloppe 34 étant destinée à guider les gaz d’échappement depuis l’orifice d’alimentation 38 vers l’orifice d’évacuation 40.
L’enveloppe 34 est par exemple connectée au contour radialement extérieur de la paroi aval 32 d’une part et au contour radialement extérieur de la paroi amont 28 d’autre part.
L’enveloppe 34 est par exemple cylindrique. Le rapport de la longueur de l’enveloppe, prise le long de l’axe central X-X’, sur le diamètre intérieur de l’enveloppe, pris radialement par rapport à l’axe central, est de préférence inférieur à quatre. En d’autres termes, le rapport de la longueur du volume intérieur 42 prise le long de l’axe central X-X’, sur le diamètre du volume intérieur 42, pris radialement par rapport à l’axe central, est de préférence inférieur à quatre.
L’épaisseur de l’enveloppe 34, mesurée radialement par rapport à l’axe central X-X’, est de préférence comprise entre 1.5 mm et 5 mm.
Le mélangeur 36 est disposé dans le volume intérieur 42. Le mélangeur 36 est destiné à perturber le flux de gaz d’échappement circulant dans le volume intérieur 42 pour le mélanger à l’agent réducteur, par exemple injecté par le dispositif d’injection 20.
Le mélangeur 36 comprend un déflecteur 44 et de préférence au moins une patte de support 46.
Le déflecteur 44 comprend un disque 48 et au moins deux ailettes 50.
Le matériau constituant le déflecteur 44 est par exemple choisi dans la liste consistant en : aciers inoxydables ferritiques, par exemple de grade 1.4509, et aciers inoxydables austéniques, par exemple de grade 1.4301.
Le disque 48 s’étend de préférence sensiblement perpendiculairement à l’axe central X-X’. Le disque 48 est de préférence centré autour de l’axe central X-X’ et s’étend alors radialement autour de l’axe central X-X’.
L’épaisseur du disque 48 mesurée longitudinalement par rapport à l’axe central X-X’ est de préférence comprise entre 1.5 mm et 5 mm.
Le diamètre du disque 48, pris perpendiculairement à l’axe central X-X’ est de préférence supérieur au diamètre de l’orifice d’alimentation pris perpendiculairement à l’axe central et/ou au diamètre de l’orifice d’évacuation pris perpendiculairement à l’axe central.
Le diamètre du disque 48, pris perpendiculairement à l’axe central X-X’, est par exemple compris entre 250 mm et 1200 mm.
Chaque ailette 50 s’étend radialement dans la continuité du disque 48, entre le disque 48 et l’enveloppe 34. Chaque ailette 50 est de préférence venue de matière avec le disque 48, l’épaisseur de chaque ailette 50 étant alors sensiblement égale à l’épaisseur du disque 48.
Chaque ailette 50 connecte le disque 48 à l’enveloppe 34. Chaque ailette 50 est de préférence fixée, par exemple soudée, radialement à une face intérieure de l’enveloppe 34.
Chaque ailette 50 comprend deux bordures radiales 52 définies par des rayons connectant l’axe central X-X’ à l’enveloppe 34.
Chaque bordure radiale 52 s’étend en particulier radialement entre le disque 48 et l’enveloppe 34.
L’angle A, formé entre les deux bordures radiales 52 d’une même ailette 50, ou en d’autres termes, formé entre les rayons définissant les bordures radiales 52 d’une ailette 50, est de préférence compris entre 25° et 80°. L’angle A est de préférence le même pour toutes les ailettes 50.
L’angle B, formé entre les bordures radiales 52 de deux ailettes 50 orthoradialement adjacentes, ou en d’autres termes formé entre les rayons définissant les bordures radiales 52 de deux ailettes 50 orthoradialement adjacentes, est de préférence compris entre 100° et 155°. L’angle B est de préférence le même chaque paire d’ailettes 50 orthoradialement adajacentes.
Chaque ailette 50 s’étend orthoradialement entre ses bordures radiales 52. Chaque ailette 50 est alors, dans le plan perpendiculaire à l’axe central X-X’, et comme visible sur la figure 3, en forme de portion de disque.
Dans la variante représentée sur les figures 2 et 3, le mélangeur 36 comprend uniquement deux ailettes 50, ou en d’autres termes, le nombre d’ailettes 50 est égal à deux. Les deux ailettes 50 sont diamétralement opposée, par rapport à l’axe central X-X’. Les deux ailettes 50 sont, dans cette variante particulière, symétriques par rapport à l’axe central X-X’.
Chaque patte de support 46 s’étend sensiblement longitudinalement dans la direction définie par l’axe central X-X’.
Chaque patte de support 46 est disposée entre la paroi amont 28 et le déflecteur 44 pour connecter le déflecteur 44 à la paroi amont et/ou entre la paroi aval 32 et le déflecteur 44 pour connecter le déflecteur 44 à la paroi aval 32.
Chaque patte de support 46 est de préférence en forme de section de tube d’axe central X-X’. Chaque patte de support 46 comprend alors deux bordures longitudinales 54 et s’étend orthoradialement entre ces deux bordures longitudinales 54.
Les deux bordures longitudinales 54 d’une patte de support 46 sont angulairement décalées autour de l’axe central X-X’ d’un angle C, de préférence compris entre 45° et 155°. L’angle C est de préférence le même pour toutes les pattes de support 46.
Les deux bordures longitudinales 54 de deux pattes de support 46 orthoradialement adjacentes sont angulairement décalées autour de l’axe central X-X’ d’un angle D, de préférence compris entre 50° et 135°. L’angle D est de préférence le même pour chaque paire de pattes de support 46 orthoradialement adjacentes.
L’angle C formé entre deux bordures longitudinales 54 de chaque patte de support 46 est de préférence inférieur à l’angle B formé entre chaque bordures radiales 52 de deux ailettes 50 orthoradialement adjacentes.
Dans une variante particulière (non représentée), l’angle C formé entre deux bordures longitudinales 54 de chaque patte de support 46 est égal à l’angle B formé entre chaque bordures radiales 52 de deux ailettes 50 orthoradialement adjacentes.
Chaque patte de support 46 est orthoradialement décalée par rapport à chaque ailette 50, et s’étend de préférence orthoradialement entre deux ailettes 50, comme visible sur la figure 3.
Dans la variante présentée sur les figures 2 et 3, le mélangeur 36 comprend uniquement deux pattes de support 46, ou en d’autres termes, le nombre de pattes de support 46 est égal à deux. Les deux pattes de support 46 connectent le déflecteur 44, et en particulier le disque 48, à la paroi aval 32.
Les deux pattes de support 46 sont diamétralement opposées par rapport à l’axe central X-X’. Les deux pattes de support 46 sont, dans cette variante particulière, symétriques par rapport à l’axe central X-X’.
Lorsque le mélangeur 36 comprend deux pattes de support 46 et que le déflecteur 44 comprend deux ailettes 50, tel que dans l’exemple des figures 2 et 3, les deux ailettes 50 sont de préférence angulairement décalés de 90° par rapport aux deux pattes de support 46.
Le fonctionnement d’un dispositif de mélange 16 tel que décrit précédemment va maintenant être présenté.
Un mélange non homogène de gaz d’échappement et d’agent réducteur pénètre dans le dispositif de mélange par l’orifice d’alimentation 38. Ce mélange est par exemple issu de l’injection d’un agent réducteur par l’intermédiaire du dispositif de mélange 16 dans les gaz d’échappement générés par le moteur à combustion interne 14. Ce mélange non homogène est, en particulier, alors conduit jusqu’à l’orifice d’alimentation 38 par le conduit d’alimentation 24.
Le mélange non homogène de gaz d’échappement et d’agent réducteur circule dans le volume intérieur 42 où le mélange interfère alors avec le mélangeur 36.
Le mélange non homogène, issu de l’orifice d’alimentation 38 est alors dévié radialement à l’écart de l’axe central X-X’ par le disque 48.
Le mélange dévié radialement est par la suite séparé en une pluralité de flux de part et d’autre de chaque ailette 50.
Une dépression est naturellement formée en aval du déflecteur 44 et chacun des flux séparés par chaque ailette est attirée vers la région en sous pression disposée en aval du déflecteur et plus particulièrement en aval du disque, au niveau de l’axe central X-X’.
Les flux sont alors eux même séparées en sous flux en interférant avec chaque patte de support 46 avant que les sous flux ne se rejoignent en aval du déflecteur 44.
A la suite de ces diverses interactions avec les différents éléments du mélangeur 36, le mélange de gaz d’échappement et d’agent réducteur est homogène et sort du dispositif de mélange par l’orifice d’évacuation 40.
Dans un mode de réalisation non représenté, le dispositif d’injection 20 est intégré dans le dispositif de mélange 16. Les buses d’injection 26 débouchent alors dans le volume intérieur 42, par exemple en amont ou en aval du déflecteur 44. Dans une variante particulière, le dispositif d’injection comprend un nombre de buses d’injection 26 égal au nombre d’ailettes 50 du déflecteur 44. Chaque buse d’injection 26 est alors par exemple configurée pour injecter l’agent réducteur en regard d’une ailette 50.
Un dispositif de mélange 16 dans lequel le mélangeur 36 comprend un disque central et deux ailettes connectant le disque central est particulièrement avantageux pour obtenir un mélange homogène en gaz d’échappement et agent réducteur en amont du dispositif de purification 18.
La géométrie des ailettes 50 et des pattes de support 46 permet l’obtention d’un mélange efficace en limitant les pertes de charges, le tout en facilitant la fabrication du dispositif de mélange 16.
Le diamètre élevé du disque 48 par rapport aux orifices d’alimentation 38 et d’évacuation 40 est particulièrement avantageux pour améliorer le mélange en perturbant fortement l’écoulement du gaz circulant au sein du volume intérieur 42.
Les proportions de l’enveloppe 36 en combinaison avec le déflecteur 44 comprenant un disque 48 et au moins deux ailettes 50, sont particulièrement avantageuses pour limiter l’encombrement longitudinal du dispositif de mélange 16 tout en conservant de bonnes performances de mélange.
Claims (10)
- Dispositif de mélange (16) d’un agent réducteur à des gaz d’échappement, le dispositif de mélange (16) s’étendant le long d’un axe central (X-X’) et comprenant :
- une paroi amont (28) comprenant un orifice d’alimentation (38) destiné à être connecté à un conduit d’alimentation (24) en gaz d’échappement,
- une paroi aval (32) comprenant un orifice d’évacuation (40) destiné à être connecté à un conduit d’évacuation (22) des gaz d’échappement,
- une enveloppe (34) s’étendant, autour de l’axe central (X-X’), entre la paroi amont (28) et la paroi aval (32), et délimitant radialement un volume intérieur (42) de circulation des gaz d’échappement, l’enveloppe (34) étant destinée à guider les gaz d’échappement depuis l’orifice d’alimentation (38) vers l’orifice d’évacuation (40), et
- un mélangeur (36), disposé dans le volume intérieur (42),
- Dispositif de mélange (16) selon la revendication 1, dans lequel chaque ailette (50) comprend deux bordures radiales (52) définies par des rayons connectant l’axe central (X-X’) à l’enveloppe (34), chaque ailette (50) s’étendant orthoradialement entre lesdites bordures radiales (52).
- Dispositif de mélange (16) selon la revendication 2, dans lequel l’angle (A) formé entre les bordures radiales (52) est compris entre 25° et 80°.
- Dispositif de mélange (16) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mélangeur (36) comprend au moins une patte de support (46) s’étendant sensiblement longitudinalement dans la direction définie par l’axe central (X-X’), chaque patte de support (46) étant disposée entre la paroi amont (28) et le déflecteur (44) pour connecter le déflecteur (44) à la paroi amont (28) et/ou entre la paroi aval (32) et le déflecteur (44) pour connecter le déflecteur (44) à la paroi aval (32).
- Dispositif de mélange (16) selon la revendication 4, dans lequel chaque patte de support (46) est en forme de section de tube d’axe central (X-X’), chaque patte de support (46) comprenant deux bordures longitudinales (54) et s’étendant orthoradialement entre ces deux bordures longitudinales (54).
- Dispositif de mélange (16) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le mélangeur (36) comprend uniquement deux pattes de support (46) et dans lequel le déflecteur (44) comprend uniquement deux ailettes (50), les deux ailettes (50) étant diamétralement opposées par rapport à l’axe central (X-X’) et les deux pattes de support (46) étant diamétralement opposées par rapport à l’axe central (X-X’), les deux ailettes (50) étant angulairement décalées de 90° par rapport aux deux pattes de support (46).
- Dispositif de mélange (16) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’orifice d’alimentation (38) et l’orifice d’évacuation (40) sont circulaires, le diamètre du disque (48) pris perpendiculairement à l’axe central (X-X’) étant supérieur au diamètre de l’orifice d’alimentation (38) pris perpendiculairement à l’axe central (X-X’) et/ou au diamètre de l’orifice d’évacuation (40) pris perpendiculairement à l’axe central (X-X’).
- Dispositif de mélange (16) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’enveloppe (34) est cylindrique, le rapport de la longueur de l’enveloppe (34) prise le long de l’axe central (X-X’) sur le diamètre intérieur de l’enveloppe (34) pris radialement par rapport à l’axe central (X-X’) étant inférieur à quatre.
- Ligne d’échappement (12) comprenant un dispositif de mélange (16) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
- Véhicule (10) comprenant une ligne d’échappement (12) selon la revendication 9.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2005244A FR3110634B1 (fr) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | Dispositif de mélange, ligne d’échappement et véhicule associés |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2005244 | 2020-05-20 | ||
| FR2005244A FR3110634B1 (fr) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | Dispositif de mélange, ligne d’échappement et véhicule associés |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3110634A1 true FR3110634A1 (fr) | 2021-11-26 |
| FR3110634B1 FR3110634B1 (fr) | 2022-09-23 |
Family
ID=72266476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2005244A Expired - Fee Related FR3110634B1 (fr) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | Dispositif de mélange, ligne d’échappement et véhicule associés |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3110634B1 (fr) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2577212B (en) | 2017-06-06 | 2022-02-16 | Cummins Emission Solutions Inc | Systems and methods for mixing exhaust gases and reductant in an aftertreatment system |
| US11828214B2 (en) | 2020-05-08 | 2023-11-28 | Cummins Emission Solutions Inc. | Configurable aftertreatment systems including a housing |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3536315A1 (de) * | 1985-10-11 | 1987-04-16 | Sueddeutsche Kuehler Behr | Katalysatoranordnung zur reinigung von abgasen, insbesondere einer brennkraftmaschine |
| US20110167810A1 (en) * | 2010-01-12 | 2011-07-14 | Lebas Jerome | Flow device for exhaust treatment system |
| DE102012218740A1 (de) * | 2011-10-18 | 2013-04-18 | GM Global Technology Operations LLC (n.d. Ges. d. Staates Delaware) | Anordnung zum Mischen einer Flüssigkeit in einer Gasströmung |
| JP2015172363A (ja) * | 2014-03-12 | 2015-10-01 | 株式会社ユタカ技研 | 排気浄化装置のミキサ |
| US20150360176A1 (en) * | 2014-06-13 | 2015-12-17 | Caterpillar Inc. | Mixing element |
| US20180306083A1 (en) * | 2017-04-25 | 2018-10-25 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Counter-swirl mixer |
-
2020
- 2020-05-20 FR FR2005244A patent/FR3110634B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3536315A1 (de) * | 1985-10-11 | 1987-04-16 | Sueddeutsche Kuehler Behr | Katalysatoranordnung zur reinigung von abgasen, insbesondere einer brennkraftmaschine |
| US20110167810A1 (en) * | 2010-01-12 | 2011-07-14 | Lebas Jerome | Flow device for exhaust treatment system |
| DE102012218740A1 (de) * | 2011-10-18 | 2013-04-18 | GM Global Technology Operations LLC (n.d. Ges. d. Staates Delaware) | Anordnung zum Mischen einer Flüssigkeit in einer Gasströmung |
| JP2015172363A (ja) * | 2014-03-12 | 2015-10-01 | 株式会社ユタカ技研 | 排気浄化装置のミキサ |
| US20150360176A1 (en) * | 2014-06-13 | 2015-12-17 | Caterpillar Inc. | Mixing element |
| US20180306083A1 (en) * | 2017-04-25 | 2018-10-25 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Counter-swirl mixer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3110634B1 (fr) | 2022-09-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8739519B2 (en) | Multi-tiered telescope shaped atomizer | |
| WO2010146285A1 (fr) | Ligne d'échappement avec système d'injection | |
| FR2966197A1 (fr) | Ligne d'echappement pour vehicule automobile. | |
| FR3110634A1 (fr) | Dispositif de mélange, ligne d’échappement et véhicule associés | |
| WO2002090831A1 (fr) | Dispositif et procede d'injection d'un combustible liquide dans un flux d'air pour une chambre de combustion | |
| WO2012080585A1 (fr) | Ligne d'échappement avec dispositif d'injection de réactif gazeux | |
| WO2015028647A1 (fr) | Dispositif de purification de gaz d'échappement de moteur à combustion interne | |
| EP2710298A1 (fr) | Chambre annulaire de combustion pour une turbomachine | |
| EP2221459A1 (fr) | Systeme d'injection et de melange d'un additif dans une tubulure d'echappement | |
| FR2891305A1 (fr) | Ligne d'echappement de moteur de vehicule comprenant un injecteur de carburant | |
| FR2977632A1 (fr) | Ensemble de purification de gaz d'echappement, avec impacteurs montes sur un deflecteur | |
| FR2921415A1 (fr) | Melangeur destine a etre dispose a l'interieur d'un element d'une ligne d'echappement d'un vehicule automobile | |
| CN204984552U (zh) | 用于发动机的排气后处理系统 | |
| US20230143888A1 (en) | Mixers for use in aftertreatment systems | |
| EP2551482B1 (fr) | Ensemble coude de post-traitement des gaz d'echappement d'un moteur à combustion comportant un convergent interne | |
| FR3102683A1 (fr) | Mélangeur pour système d’échappement de moteur thermique | |
| FR3007068A3 (fr) | Cone plat d'entree de pot catalytique | |
| FR2914353A1 (fr) | Ligne d'echappement de moteur a combustion interne pourvue de moyens de reduction d'oxydes d'azote | |
| EP2145087B1 (fr) | Raccord d'un turbocompresseur avec un catalyseur d'oxydation d'une ligne d'echappement d'un moteur a combustion interne | |
| FR2977913A1 (fr) | Dispositif d'introduction et de melange d'un liquide dans une portion d'un conduit | |
| FR3102684A1 (fr) | Dispositif de purification de gaz d’échappement, ligne d’échappement et véhicule associés | |
| FR2907513A1 (fr) | Dispositif de recirculation des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne | |
| EP2348204A1 (fr) | Dispositif d'injection de gaz et ligne d'échappement comprenant un tel dispositif | |
| WO2008034982A1 (fr) | Agencement pour la depollution d'un moteur thermique comportant un conduit muni d'un element en saillie | |
| WO2012080511A1 (fr) | Dispositif de traitement d'un mélange gaz d'échappement/eau préalablement à son injection dans un moteur thermique et véhicule équipé d'un tel dispositif |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20211126 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20240105 |