FR3130883A1 - Dispositif d’injection et de mélange pour ligne d’échappement - Google Patents

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Laurent Poinsot
Nicolas Vicaire
Sylvain Dhondt
Alain ENGEL
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Abstract

Dispositif d’injection et de mélange pour ligne d’échappement Le dispositif d’injection et de mélange comprend :- une enveloppe (13) présentant une entrée de gaz d’échappement (15) et une sortie de gaz d’échappement (17), l’enveloppe (13) délimitant intérieurement un passage (19) pour les gaz d’échappement de l’entrée de gaz d’échappement (15) à la sortie de gaz d’échappement (17), l’entrée de gaz d’échappement (15) débouchant dans une zone d’entrée (45) du passage (19) ;- un injecteur (21) d’un liquide comprenant un réducteur d’oxydes d’azote ou un précurseur d’un tel réducteur ; - un déflecteur (39) logé à l’intérieur de l’enveloppe (13) et définissant dans le passage (19) un premier passage (41) raccordant la zone d’entrée (45) à la sortie de gaz d’échappement (17), dans lequel les gaz d’échappement s’écoulent à une première vitesse moyenne, et un second passage (43) raccordant la zone d’entrée (45) à la sortie de gaz d’échappement (17), dans lequel les gaz d’échappement s’écoulent à une seconde vitesse moyenne inférieure à la première vitesse moyenne, l’injecteur (21) injectant le liquide dans le second passage (43). Figure pour l'abrégé : 2

Description

Dispositif d’injection et de mélange pour ligne d’échappement
L’invention concerne un dispositif d’injection et de mélange pour ligne d’échappement, prévu pour injecter un liquide contenant un réducteur d’oxyde d’azote ou un précurseur d’un tel réducteur dans la ligne d’échappement.
Les lignes d’échappements peuvent comportées des catalyseurs dit SCR (Selective Catalytic Reduction, ou Réduction Catalytique Sélective en français). Ces catalyseurs convertissent les oxydes d’azote présents dans les gaz d’échappement, en présence du réducteur, en azote gazeux.
Le réducteur est typiquement de l’ammoniaque.
La ligne d’échappement comporte alors un injecteur permettant d’injecter le réducteur d’oxyde d’azote dans les gaz d’échappement en amont du catalyseur SCR. En variante, l’injecteur injecte un précurseur du réducteur d’oxyde d’azote, par exemple de l’urée qui génère de l’ammoniaque gazeux après hydrolyse et thermolyse.
Le réducteur d’oxyde d’azote est typiquement injecté sous forme liquide.
Quand l’injecteur est du type à faible SMD (Sauter Mean Diameter ou Diamètre Moyen de Sauter), la dispersion des gouttelettes de liquide dans le gaz d’échappement n’est pas satisfaisante.
De tels injecteurs produisent un jet de gouttelettes dont le diamètre moyen est faible, typiquement compris entre 20 et 30 micromètres.
Ces gouttelettes sont petites, et présentent donc une faible masse et une énergie cinétique réduite. En conséquence, elles sont facilement déviées par le flux de gaz d’échappement.
Les gouttelettes peuvent ainsi facilement être plaquées contre une paroi dite froide par le gaz d’échappement. Dans ce cas, elles peuvent s’y déposer et former un dépôt qui perturbe le schéma de circulation des gaz initial et augmente la contre-pression.
Dans ce contexte, l’invention vise à proposer un dispositif d’injection et de mélange dont le fonctionnement soit satisfaisant pour des injecteurs du type à faible SMD.
A cette fin, l’invention porte selon un premier aspect sur un dispositif d’injection et de mélange pour une ligne d’échappement, le dispositif comprenant :
- une enveloppe présentant une entrée de gaz d’échappement et une sortie de gaz d’échappement, l’enveloppe délimitant intérieurement un passage pour les gaz d’échappement de l’entrée de gaz d’échappement à la sortie de gaz d’échappement, l’entrée de gaz d’échappement débouchant dans une zone d’entrée du passage;
- un injecteur d’un liquide comprenant un réducteur d’oxydes d’azote ou un précurseur d’un tel réducteur, l’injecteur étant monté sur une paroi de l’enveloppe dirigée vers la sortie de gaz d’échappement;
- un déflecteur logé à l’intérieur de l’enveloppe et définissant dans le passage un premier passage raccordant la zone d’entrée à la sortie de gaz d’échappement, dans lequel les gaz d’échappement s’écoulent à une première vitesse moyenne, et un second passage raccordant la zone d’entrée à la sortie de gaz d’échappement, dans lequel les gaz d’échappement s’écoulent à une seconde vitesse moyenne inférieure à la première vitesse moyenne, l’injecteur injectant le liquide dans le second passage..
Ainsi, le déflecteur permet de distribuer le flux de gaz d’échappement parcourant le passage en un flux à basse vitesse et un flux à haute vitesse. L’injecteur injecte le liquide contenant le réducteur ou le précurseur du réducteur dans le flux à basse vitesse.
Le jet de liquide n’est que peu ou pas dévié par le flux de gaz à basse vitesse.
Quand l’injecteur est du type à faible SMD, l’injection et le mélange des gouttelettes de réducteur dans le flux de gaz d’échappement est satisfaisant.
Par ailleurs, seule une partie du flux de gaz d’échappement circule dans le second passage. L’autre partie du flux de gaz d’échappement circule dans le premier passage, et ne subit donc qu’une faible réduction de vitesse.
En conséquence, le dispositif d’injection et de mélange génère une contre pression plus faible que si tout le flux de gaz d’échappement était décéléré et circulait à basse vitesse.
Le dispositif d’injection et de mélange peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le déflecteur comprend une plaque perforée, à travers laquelle le second passage communique avec la zone d’entrée ;
- la plaque perforée forme avec un axe central de l’entrée de gaz d’échappement un angle compris entre 0° et 60°, avantageusement entre 30° et 45° ;
- la plaque perforée présente un taux de vide compris entre 10% et 70%, avantageusement entre 40% et 55% ;
- le déflecteur comprend une plaque formant impacteur, l’injecteur injectant le liquide selon une direction d’injection orientée vers la sortie de gaz d’échappement, la plaque formant impacteur étant interposée entre l’injecteur et la sortie de gaz d’échappement ;
- la plaque formant impacteur est sensiblement plane et présente une normale formant avec la direction d’injection un angle inférieur à 25° ;
- l’enveloppe comprend une première partie d’enveloppe et une deuxième partie d’enveloppe rapportées l’une sur l’autre, la plaque perforée étant solidaire de la première partie d’enveloppe, la plaque formant impacteur étant solidaire de la seconde partie d’enveloppe, la plaque perforée et la plaque formant impacteur étant libres l’une vis-à-vis de l’autre ;
- l’enveloppe comprend une partie tubulaire d’enveloppe définissant la sortie de gaz d’échappement, le déflecteur comprenant une partie tubulaire de déflecteur engagée dans la partie tubulaire d’enveloppe et constituant un tronçon aval du second passage ;
- la partie tubulaire de déflecteur est coaxiale à la partie tubulaire d’enveloppe ;
- la partie tubulaire de déflecteur et la partie tubulaire d’enveloppe délimitent entre elles un canal annulaire constituant un tronçon aval du premier passage ;
- un conduit flexible est monté sur la partie tubulaire d’enveloppe, la partie tubulaire de déflecteur s’étendant au-delà de la partie tubulaire d’enveloppe à l’intérieur du conduit flexible ;
-le premier passage présente une entrée de passage débouchant dans la zone d’entrée, la zone d’entrée présentant une section de passage se rétrécissant de l’entrée de gaz d’échappement à l’entrée du premier passage.
Selon un second aspect, l’invention porte sur une ligne d’échappement comportant un dispositif d’injection et de mélange ayant les caractéristiques ci-dessus, la sortie de gaz d’échappement étant raccordée fluidiquement à l’entrée de gaz d’échappement d’un catalyseur SCR.
Selon un troisième aspect, l’invention porte sur un procédé de fabrication ayant les caractéristiques ci-dessus, le procédé comportant les étapes suivantes :
- obtention de la première partie d’enveloppe ;
- obtention de la deuxième partie d’enveloppe ;
- fixation de la plaque perforée à la première partie d’enveloppe ;
- fixation de la plaque formant impacteur à la seconde partie d’enveloppe
- fixation de la première partie d’enveloppe et de la deuxième partie d’enveloppe l’une à l’autre.
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 est représentation schématique d’une ligne d’échappement selon l’invention ;
  • La est une vue de côté du dispositif d’injection et de mélange de la , pour un premier mode de réalisation de l’invention, le déflecteur étant visible par transparence à travers l’enveloppe ;
  • La est une vue en perspective du dispositif d’injection et de mélange de la , le déflecteur apparaissant par transparence à travers l’enveloppe ; et
  • La est une vue en perspective d’un second mode de réalisation du dispositif d’injection et de mélange.
La ligne d’échappement 1 représentée sur la comporte un dispositif 3 d’injection et de mélange, prévu pour injecter un liquide contenant un réducteur d’oxyde d’azote ou un précurseur d’un tel réducteur dans les gaz d’échappement. En aval du dispositif d’injection et de mélange 3, la ligne d’échappement 1 comporte un catalyseur SCR 5 (Selective Catalytic Reduction, ou réduction catalytique sélective).
Le catalyseur SCR, en présence d’un réducteur d’oxyde d’azote, réduit les NOx en N2 gazeux.
Vers l’amont, le dispositif d’injection et de mélange 3 est raccordé fluidiquement à un collecteur 7, collectant les gaz d’échappement sortant des chambres de combustion du moteur 9. Vers l’aval, le catalyseur SCR est raccordé à une canule 11 par laquelle les gaz d’échappement purifiés sont relargués dans l’atmosphère.
Des équipements tels qu’un turbo compresseur sont intercalés entre le collecteur 7 et le dispositif d’injection et de mélange 3.
D’autres équipements, par exemple des silencieux, sont intercalés entre le catalyseur SCR 5 et la canule 11.
Le dispositif d’injection 3 est représenté plus précisément sur les figures 2 et 3.
Il comporte une enveloppe 13 présentant une entrée 15 de gaz d’échappement et une sortie 17 de gaz d’échappement.
L’enveloppe 13 délimite intérieurement un passage 19 pour les gaz d’échappement de l’entrée de gaz d’échappement 15 à la sortie de gaz d’échappement 17.
Le dispositif d’injection et de mélange 3 comporte encore un injecteur 21 d’un liquide comprenant un réducteur d’oxyde d’azote ou un précurseur d’un tel réducteur.
Typiquement le liquide est une solution aqueuse d’urée. L’urée est un précurseur d’un réducteur d’oxyde d’azote, qui après hydrolyse et thermolyse au contact des gaz d’échappement se décompose en ammoniaque gazeux.
En variant, le liquide est de l’ammoniaque liquide, ou est tout autre liquide adapté.
Comme visible sur la , l’enveloppe 13 présente un fond 23.
L’enveloppe 13 comprend également une partie tubulaire d’enveloppe 25, définissant la sortie de gaz d’échappement 17. La partie tubulaire d’enveloppe 25 se raccorde au fond 23 et fait saillie par rapport au fond 23 vers l’extérieur de l’enveloppe.
La partie tubulaire d’enveloppe 25 présente un axe central CE.
Perpendiculairement à l’axe central, la partie tubulaire d’enveloppe 25 présente des sections circulaires.
Typiquement, un conduit flexible 27 est raccordé à la partie tubulaire d’enveloppe 25.
Le conduit flexible 27 raccorde typiquement la sortie 17 à l’entrée du catalyseur SCR 5.
L’injecteur 21 est monté sur une paroi 29 de l’enveloppe 13 dirigée vers la sortie de gaz d’échappement 17.
Par dirigée vers la sortie, on comprend que l’injecteur 21 est dirigé vers la sortie avec un angle pouvant aller jusqu’à 60°, idéalement 30° et préférentiellement en face, c’est-à-dire avec un angle de sensiblement 0°.
La paroi 29 est située en face de la sortie de gaz d’échappement 17 suivant une direction d’élévation E.
La direction d’élévation E est typiquement parallèle à l’axe central CE.
Plus précisément, l’enveloppe 13 présente, en face du fond 23, un autre fond 31.
Dans l’exemple représenté, l’autre fond 31 est en escalier. Il comporte, outre la paroi 29, une autre paroi 33. L’entrée des gaz d’échappement 15 est ménagée dans l’autre paroi 33.
La paroi 29 est, suivant la direction d’élévation E, relativement plus proche du fond 23 que l’autre paroi 33. Les parois 29 et 33 sont raccordées l’une à l’autre par une paroi intermédiaire 35, qui dans l’exemple représenté est sensiblement parallèle à la direction d’élévation E.
La paroi 29 est sensiblement parallèle au fond 23.
De même, l’autre paroi 33 est sensiblement parallèle au fond 23.
Le fond 23 et l’autre fond 31 sont raccordés l’un à l’autre par une paroi périphérique latérale 37. La paroi périphérique latérale 37 est à contour fermé.
Le dispositif d’injection et de mélange 3 comporte encore un déflecteur 39 logé à l’intérieur de l’enveloppe 13 et définissant dans le passage 19 un premier passage 41 et un second passage 43.
Comme visible sur la , l’entrée de gaz d’échappement 15 débouche dans une zone d’entrée 45, appartenant au passage 19. La zone d’entrée 45 correspond à l’extrémité amont du passage 19.
Le premier passage 41 raccorde la zone d’entrée 45 à la sortie 17.
Il est agencé de telle sorte que les gaz d’échappement s’écoulent à une première vitesse moyenne le long dudit premier passage 41.
Le second passage 43 raccorde lui aussi la zone d’entrée 45 à la sortie 17. Il est agencé de telle sorte que les gaz d’échappement s’écoulent à une seconde vitesse moyenne le long du second passage 43.
La seconde vitesse moyenne est inférieure à la première vitesse moyenne.
La première vitesse moyenne peut être calculée en faisant la moyenne des vitesses de toutes les molécules de gaz parcourant le premier passage. La vitesse de chaque molécule de gaz considérée ici est la vitesse moyenne de la molécule de gaz tout au long du premier passage.
La seconde vitesse moyenne est calculée de la même façon, l’important étant de conserver une méthode de calcul similaire pour la première et la deuxième vitesse moyenne
Le gaz parcourant le premier passage s’écoule donc à haute vitesse, typiquement à une vitesse d’environ 60 m/s. Le gaz parcourant le second passage s’écoule donc à basse vitesse, typiquement à une vitesse d’environ 40 m/s. A l’entrée de gaz d’échappement 15 et à la sortie de gaz d’échappement 17, le gaz s’écoule typiquement à une vitesse d’environ 80 m/s.
L’injecteur 21 est typiquement un injecteur à faible SMD.
En d’autres termes, l’injecteur 21 est du type injectant des gouttelettes de liquide ayant un diamètre moyen compris entre 10 et 50 micromètres, de préférence entre 20 et 30 micromètres.
En variant, l’injecteur est d’un autre type.
L’injecteur injecte le liquide suivant une direction d’injection I, matérialisée sur les figures 2 et 3.
La direction d’injection I correspond ici à la direction générale selon laquelle les gouttelettes de liquide sont injectées dans l’enveloppe 13.
Quand l’injecteur 21 est du type à jet conique, la direction d’injection I correspond à l’axe central du cône. Quand l’injecteur 21 est du type générant plusieurs jets coniques, la direction d’injection I correspond à la direction située au milieu des axes respectifs des cônes.
La direction d’injection I est par exemple confondue avec l’axe central CE de la partie tubulaire d’enveloppe 25. Dans l’exemple représenté, la direction d’injection I n’est pas rigoureusement parallèle à l’axe central CE. L’injecteur 21 n’est pas placé dans le prolongement de l’axe central CE, mais légèrement décalé sur le côté. La direction d’injection I forme alors avec l’axe central CE un angle inférieur à 25°, de préférence inférieur à 15°.
L’injecteur 21 injecte le liquide dans le second passage 43.
Pour ce faire, la partie du passage 19 jouxtant la paroi 29 appartient au second passage 43.
En revanche, la partie du passage 19 jouxtant le fond 23 appartient au premier passage 41.
Le déflecteur 39 comprend une plaque perforée 47, à travers laquelle le second passage 43 communique avec la zone d’entrée 45. Comme visible sur la , cette plaque est percée de multiples trous 49. Les trous 49 sont répartis sensiblement sur toute la surface de la plaque perforée 47, de préférence régulièrement répartis.
La plaque perforée 47 délimite donc le second passage 43 vers l’amont.
Dans la présente demande, l’amont, et l’aval, sont entendus relativement au sens de circulation normal des gaz d’échappement.
La plaque perforée 47 forme avec un axe central E de l’entrée de gaz d’échappement 15 un angle compris entre 0° et 60°, avantageusement entre 30° et 45°.
L’axe central E correspond à l’axe perpendiculaire au plan de l’entrée de gaz d’échappement 15, et passant par le centre de celle-ci.
La plaque perforée 47 présente un taux de vide compris entre entre 10% et 70%, avantageusement entre 40% et 55%.
Le taux de vide correspond au ratio surface de vide sur surface pleine dans la plaque perforée.
Le déflecteur 39 comporte encore une plaque 51 formant impacteur.
La plaque formant impacteur 51 est interposée entre l’injecteur 21 et la sortie de gaz d’échappement 17.
Plus précisément, elle est interposée selon la direction d’injection I entre l’injecteur 21 et la sortie de gaz d’échappement 17.
La plaque formant impacteur 51 est typiquement sensiblement parallèle au fond 23.
La normale N à la plaque formant impacteur 51 forme un angle α inférieur à 25°, de préférence inférieur à 15° avec la direction d’injection I.
Le déflecteur 39 comporte encore une partie tubulaire de déflecteur 53 engagé dans la partie tubulaire d’enveloppe 25 et constituant un tronçon aval du second passage 43.
La partie tubulaire de déflecteur 53 est typiquement coaxiale à la partie tubulaire d’enveloppe 25. Elle présente un axe central qui est typiquement confondu avec l’axe central CE de la partie tubulaire d’enveloppe.
Perpendiculairement à son axe central, la partie tubulaire de déflecteur 53 présente des sections circulaires, de diamètres égaux.
La partie tubulaire de déflecteur 53 est solidaire de la plaque formant impacteur 51. Elle fait saillie à partir de la plaque 51, suivant une direction opposée à l’injecteur 21.
Plus précisément, la plaque formant impacteur 51 présente un orifice 55, une extrémité de la partie tubulaire de déflecteur 53 se raccordant au bord de l’orifice 55. Ladite extrémité de la partie tubulaire 53 va en s’évasant vers l’extérieur et présente une forme générale en quart de tore. Une telle forme est dite en tulipe.
La partie tubulaire de déflecteur 53 s’étend typiquement jusqu’à la sortie de gaz d’échappement 17. Avantageusement, elle s’étend au-delà de la sortie de gaz d’échappement 17, et son extrémité est engagée dans le conduit flexible 27.
Ainsi, la partie tubulaire de déflecteur 53 est la partie tubulaire d’enveloppe 25 délimitent entre elles un canal annulaire constituant un tronçon aval du premier passage 41.
La plaque perforée 47 est délimitée par un premier bord longitudinal 57, un second bord longitudinal 59 et deux bords latéraux 61 raccordant les bords longitudinaux 57, 59 l’un à l’autre.
La direction longitudinale L est perpendiculaire à la direction d’élévation E.
Le premier bord longitudinal 57 est rigidement fixé à la paroi intermédiaire 35, à proximité de l’autre paroi 33.
Le second bord longitudinal 59 est situé sensiblement au niveau de la plaque formant impacteur 51.
Les bords latéraux 61 sont plaqués contre et rigidement fixés à la paroi périphérique 37.
La plaque perforée 47 est inclinée par rapport à la direction d’élévation E. Quand on suit la plaque perforée 47 à partir du premier bord longitudinal 57 vers le second bord longitudinal 59, cette plaque va en s’écartant de la paroi intermédiaire 35 et de l’autre paroi 33. Ainsi, le premier bord longitudinal 57 n’est pas situé sous l’entrée de gaz d’échappement 15, suivant la direction d’élévation E, alors que le second bord longitudinal 59 est placé sous l’entrée 33.
La zone 63 de la paroi périphérique latérale 37 située en face de la plaque perforée 47 suivant une direction transversale T est également inclinée.
La direction transversale T est perpendiculaire à la direction d’élévation E et perpendiculaire à la direction longitudinale L.
Plus précisément, quand on suit la zone 63 à partir de l’autre paroi 33 vers le fond 23, cette zone 63 se rapproche transversalement de la plaque perforée 47.
En d’autres termes, considérées en section perpendiculairement à la direction longitudinale L comme illustré sur la , la plaque perforée 47 et la zone 63 convergent l’une vers l’autre.
Ainsi, la zone d’entrée 45 présente une section de passage qui va en se réduisant à partir de l’entrée de gaz d’échappement 15 jusqu’à l’entrée 64 du premier passage 41.
Ceci permet au flux de gaz d’échappement se dirigeant vers le premier passage 41 de garder une vitesse sensiblement constante, bien qu’une partie du flux s’écoule vers le second passage 43.
La plaque formant impacteur 51 est délimitée par deux bords transversaux 65 et deux bords longitudinaux 67, 69.
Les bords transversaux 65, et le bord longitudinal 67 situé à l’opposé de la plaque perforée 47, sont agencés le long de la paroi périphérique latérale 37, et typiquement sont au contact de cette paroi.
Le bord longitudinal 69 s’étend en vis-à-vis et le long du bord longitudinal 59 de la plaque perforée 47. Un interstice 71 sépare les bords 59 et 69.
La plaque formant impacteur 51 est sensiblement plane, à l’exception du bord 69 qui est incurvé et se dresse vers la paroi 29.
Comme indiqué plus haut, la plaque formant impacteur 51 est sensiblement perpendiculaire à la direction d’élévation E. Suivant cette direction d’élévation E, elle est relativement plus proche du fond 23 que de la paroi 29. Par exemple, suivant la direction d’élévation E, l’écartement entre la plaque formant impacteur 51 et le fond 23 est compris entre 30% et 50% de l’écartement séparant la plaque formant impacteur 51 et la paroi 29.
L’enveloppe 13 comporte une première partie d’enveloppe 71 et une seconde partie d’enveloppe 73 rapportées l’une sur l’autre.
La première partie d’enveloppe 71 comporte typiquement la paroi 29, l’autre paroi 31, la paroi intermédiaire 35 et une partie 75 de la paroi périphérique latérale 37.
La deuxième partie d’enveloppe 73 comprend le fond 23, la partie tubulaire d’enveloppe 25, et une autre partie 77 de la paroi périphérique latérale 37.
La première partie d’enveloppe 71 et la deuxième partie d’enveloppe 71 sont en contact l’une avec l’autre le long d’une ligne à contour fermé 79, illustré sur les figures 2 et 3.
Les deux parties d’enveloppe 71, 73 sont en contact l’une avec l’autre par l’intermédiaire des parties 75, 77 de la paroi périphérique latérale, ces deux parties se rejoignant au niveau de la ligne à contour fermé 79.
Les deux parties d’enveloppe 71, 73 typiquement sont soudées l’une à l’autre.
Avantageusement, la plaque perforée 47 est solidaire de la première partie d’enveloppe 71. La plaque formant impacteur 51 est solidaire de la seconde partie d’enveloppe 73.
Par ailleurs, comme visible sur les figures, la plaque perforée 47 et la plaque formant impacteur 51 sont libres l’une vis-à-vis de l’autre. En d’autre terme, elles ne sont pas directement liées l’une à l’autre. On voit sur les figures qu’elles sont séparées par l’interstice 71.
Un tel agencement permet un montage aisé du dispositif d’injection et de mélange.
Le passage de circulation à basse vitesse 43 comprend un premier volume 81, dans lequel est réalisée l’injection de liquide. Ce premier volume 81 est délimité suivant la direction d’élévation E entre la plaque formant impacteur 51 et la paroi 29. Suivant la direction transversale T, il est délimité entre la plaque perforée 47 et la paroi périphérique latérale 37. Suivant la direction longitudinale L, il est délimité entre deux zones de la paroi périphérique latérale 37.
Le second passage 43 se prolonge par le volume intérieur de la partie tubulaire de déflecteur 53, qui constitue le tronçon aval du second passage, comme indiqué plus haut.
Le premier passage 41 comprend le volume 83 délimité entre la plaque formant impacteur 51 et le fond 23. Ce premier volume 83 est prolongé par un canal annulaire 85, délimité entre la partie tubulaire de déflecteur 53 et la partie tubulaire d’enveloppe 25. Ce canal annulaire 85 constitue le tronçon aval du premier passage 41.
Le fonctionnement du dispositif d’injection et de mélange va maintenant être décrit.
Les gaz d’échappement pénètrent dans l’enveloppe 13 par l’entrée de gaz d’échappement 15.
À partir de cette entrée 15, il s’écoule dans la zone d’entrée 45.
Une partie du flux de gaz d’échappement traverse la plaque perforée 47, à travers les orifices 49.
Ce faisant, la vélocité des gaz d’échappement est diminuée.
Cette fraction à basse vitesse du flux de gaz d’échappement suit le second passage 43. Elle traverse d’abord le volume 81, puis s’écoule à l’intérieur de la partie tubulaire de déflecteur 53 jusqu’à la sortie de gaz d’échappement 17.
L’injecteur 21 injecte le liquide dans le volume 81. Une partie du jet de liquide vient frapper la plaque formant impacteur 51, autour de l’orifice 55. Une autre partie est injectée directement dans le volume délimité par la partie tubulaire de déflecteur 53. Elle n’est pas interceptée par la plaque formant impacteur 51.
La partie du flux de gaz d’échappement qui ne traverse pas la plaque perforée 47 s’écoule à travers la zone d’entrée 45 jusqu’à l’entrée 64 du premier passage 41. Du fait que la section de passage se rétrécit depuis l’entrée de gaz d’échappement 15 jusqu’à l’entrée 64 du premier passage 41, la vélocité des gaz d’échappement n’est pas diminuée. Cette fraction à haute vitesse des gaz d’échappement suit le premier passage 41. Elle s’écoule d’abord dans le volume 83, puis est dirigée vers le canal annulaire 85, et s’écoule autour de la partie tubulaire de déflecteur 53.
La fraction à haute vitesse des gaz d’échappement ne subit ni accélération ni décélération prononcée, de telle sorte que l’écoulement de gaz ne génère pas de contre pression, ou seulement une contre pression très faible.
Le flux à haute vitesse sortant du canal annulaire 85, et le flux à basse vitesse sortant de la partie tubulaire de déflecteur 23 sont sensiblement parallèles l’un à l’autre. Ceci permet de réduire la contre pression.
Typiquement, la fraction du flux de gaz d’échappement orientée vers le second passage 43 est compris entre 30% et 70% du flux total, encore de préférence entre 40 et 60%, et vaut par exemple 50%.
Le dispositif d’injection et de mélange selon le premier mode de réalisation est monté de la manière suivante.
La plaque perforée 47 est d’abord fixée à la première partie d’enveloppe 71.
La plaque formant impacteur 51, portant la partie tubulaire de déflecteur 53, est fixée à la seconde partie d’enveloppe 73.
Les première et seconde parties d’enveloppe sont ensuite fixées l’une à l’autre, la plaque formant impacteur et la plaque perforée venant se ranger comme illustré sur les figures 2 et 3.
Un second mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit, en référence à la . Seuls les points par lesquels ce second mode de réalisation se différencie du premier seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques, ou assurant la même fonction, seront désignés par les mêmes références.
Dans le second mode de réalisation, la plaque formant impacteur 51 occupe toute la section interne de l’enveloppe 13.
Entre d’autre terme, le bord extérieur de la plaque formant impacteur 51 s’étend à proximité immédiate de la paroi périphérique latérale 37, et ce sur toute sa périphérie.
La plaque perforée 47 est remplacée par un tube perforé 87. Le tube perforé 87 s’étend depuis l’entrée de gaz d’échappement 15 jusqu’à un orifice 89 ménagé dans la plaque formant impacteur 51.
Le tube perforé 87 est sensiblement rectiligne, et est perforé sur toute sa longueur et toute sa périphérie.
L’orifice 89 est décalé longitudinalement par rapport à l’orifice 55. Il est situé, suivant la direction d’élévation E, dans le prolongement de l’entrée de gaz d’échappement 15.
La zone d’entrée 45 correspond ici au volume interne du tube perforé 87.
Le second passage 43 comprend tout le volume délimité entre la plaque formant impacteur 51 et l’autre fond 31, à l’exception de la zone d’entrée 45. Le premier passage 41 comprend tout le volume situé entre le fond 23 et la plaque formant impacteur 51.
Dans ce mode de réalisation, le tube perforé 87 est solidaire de la plaque formant impacteur 51.
L’ensemble du déflecteur 39, c’est-à-dire la plaque formant impacteur 51, le tube perforé 87 et la partie tubulaire de déflecteur 53, est solidaire de la seconde partie d’enveloppe 73.
Les gaz d’échappement pénétrant par l’entrée de gaz d’échappement 15 à l’intérieur de l’enveloppe 13 s’écoulent dans la zone d’entrée 45, c’est-à-dire la zone délimitée à l’intérieur du tube perforé 87. Une partie de ce flux traverse le tube perforé 87, et suit le second passage 43. Une autre partie du flux de gaz d’échappement s’écoule le long du tube perforé 87, jusqu’à l’orifice 89, puis s’écoule dans le premier passage 41.
Le dispositif d’injection et de mélange selon le second mode de réalisation est monté de la manière suivante.
La plaque formant impacteur 51, le tube perforé 87 et la partie tubulaire de déflecteur 53 sont d’abord assemblées les uns aux autres. Ce sous-ensemble est rigidement fixé sur la seconde partie d’enveloppe 73. Enfin, la première partie d’enveloppe et la seconde partie d’enveloppe sont fixées l’une à l’autre. Le tube 87 vient se placer en vis à vis et dans le prolongement de l’entrée de gaz d’échappement 15.
Une variante du premier mode de réalisation va maintenant être décrite. Cette variante n’est pas représentée sur les figures.
Seuls les points par lesquels cette variante diffère de celles des figures 2 et 3 seront détaillés ci-dessous.
Dans cette variante, la plaque perforée 47 et la plaque formant impacteur 51 sont solidaires l’une de l’autre. En d’autre terme, le bord longitudinal inférieur 59 de la plaque perforée est raccordé au bord longitudinal 69 de la plaque formant impacteur 51. En revanche, la plaque perforée 47 n’est pas rigidement fixée à la paroi périphérique latérale 37 de l’enveloppe. Il existe un léger interstice entre le bord longitudinal supérieur 57 et les bords 61 de la plaque d’une part et la paroi périphérique latérale 37 d’autre part.
Dans cette variante, le déflecteur 39 est d’abord fabriqué. Le déflecteur 39 comprenant la plaque perforée 47, la plaque formant impacteur 51 et la partie tubulaire de déflecteur 53. Ces différents composants sont solidaires les uns aux autres.
Le déflecteur 39 est ensuite fixé sur seconde partie d’enveloppe 73.
Enfin, la première partie de l’enveloppe 71 et la seconde partie d’enveloppe 73 sont fixées l’une à l’autre. La plaque perforée 47 vient alors se ranger à l’intérieur de la première d’enveloppe 71, un léger interstice subsistant entre la plaque perforée 47 et cette première partie d’enveloppe 71.
Le dispositif d’injection et de mélange présente de multiples avantages.
En choisissant de manière appropriée l’angle de la plaque perforée et/ou le taux de vide, on influe sur la répartition du flux de gaz d’échappement entre le premier passage et le second passage. Le flux dans le second passage est choisi pour ne dévier que faiblement le jet de liquide. Réduire au maximum la déviation du jet de liquide fait que celui-ci pénètre profondément dans le second passage, vers la sortie.
Quand l’enveloppe est constituée d’une première partie d’enveloppe et d’une seconde partie d’enveloppe rapportée l’une sur l’autre, le montage du dispositif d’injection et de mélange est facilité.
Le montage est particulièrement facile quand la plaque formant impacteur est solidaire de la seconde partie d’enveloppe et la plaque perforée est solidaire de la première partie d’enveloppe, la plaque perforée et la plaque formant impacteur étant libres l’une vis-à-vis de l’autre.
Le fait que le déflecteur comprenne une partie tubulaire de déflecteur constituant un tronçon aval du second passage permet de ré-accélérer la fraction à basse vitesse des gaz d’échappement en sortie du second passage. En effet, la section de passage offerte au gaz d’échappement par la partie tubulaire de déflecteur est réduite par rapport au volume du second passage dans lequel est réalisé l’injection.
Comme indiqué plus haut, le fait que la partie tubulaire de déflecteur soit coaxiale à la partie tubulaire d’enveloppe permet d’obtenir en sortie du premier passage et en sortie du second passage des flux qui sont parallèles l’un à l’autre. Ceci contribue à limiter la contre-pression.
Le premier passage et le second passage sont situés de part et d’autre de la plaque formant impacteur. Celle-ci est donc maintenue à haute température par les gaz d’échappement, ce qui réduit le risque de création d’un dépôt solide sur la plaque formant impacteur.
Le fait que la partie tubulaire de déflecteur et la partie tubulaire d’enveloppe délimitent entre elles un canal annulaire constituant un tronçon aval du premier passage fait que la partie tubulaire de déflecteur est maintenue elle aussi à haute température. Les risques de dépôt sont diminués.
Par ailleurs, les gaz d’échappement traversant la plaque formant impacteur et s’écoulant à l’intérieure de la partie tubulaire de déflecteur ont un écoulement qui n’est pas perturbé par le flux de gaz à haute vitesse.
Le fait que la partie tubulaire de déflecteur s’étende au-delà de la partie tubulaire d’enveloppe, à l’intérieur du conduit flexible, fait que la fixation du conduit flexible sur la partie tubulaire d’enveloppe n’est pas exposée au liquide injecté. Ceci est favorable pour la durabilité de cette fixation dans le temps.
La présence de la partie tubulaire de déflecteur permet d’agencer à l’intérieur de cette partie tubulaire de déflecteur un impacteur, ou un organe mélangeur.
Un tel organe ne pourrait pas être fixé dans le conduit flexible, celui-ci n’étant pas assez rigide pour permettre une telle fixation.
Le fait que la zone d’entrée présente une section de passage se rétrécissant de l’entrée de gaz d’échappement à l’entrée du premier passage contribue à conserver la vitesse du flux et donc permet de ne pas avoir à le réaccélérer par la suite, ce qui est une dépense énergétique supplémentaire.
Le dispositif d’injection et de mélange peut présenter de multiples variantes.
L’entrée de gaz d’échappement pourrait ne pas être sur une paroi de l’enveloppe située face à la sortie de gaz d’échappement. Cette entrée pourrait être latérale, voire même ménagée sur le fond de l’enveloppe.
Le dispositif d’injection et de mélange est configuré de telle sorte qu’il n’est pas nécessaire de placer l’injecteur rigoureusement en face de la sortie de gaz d’échappement. Comme expliqué plus haut, cet injecteur peut être légèrement décalé, la direction d’injection n’étant pas nécessairement rigoureusement parallèle à l’axe central.

Claims (12)

  1. Dispositif d’injection et de mélange pour une ligne d’échappement, le dispositif comprenant :
    - une enveloppe (13) présentant une entrée de gaz d’échappement (15) et une sortie de gaz d’échappement (17), l’enveloppe (13) délimitant intérieurement un passage (19) pour les gaz d’échappement de l’entrée de gaz d’échappement (15) à la sortie de gaz d’échappement (17), l’entrée de gaz d’échappement (15) débouchant dans une zone d’entrée (45) du passage (19) ;
    - un injecteur (21) d’un liquide comprenant un réducteur d’oxydes d’azote ou un précurseur d’un tel réducteur, l’injecteur (21) étant monté sur une paroi (29) de l’enveloppe (13) dirigée vers la sortie de gaz d’échappement (17) ;
    - un déflecteur (39) logé à l’intérieur de l’enveloppe (13) et définissant dans le passage (19) un premier passage (41) raccordant la zone d’entrée (45) à la sortie de gaz d’échappement (17), dans lequel les gaz d’échappement s’écoulent à une première vitesse moyenne, et un second passage (43) raccordant la zone d’entrée (45) à la sortie de gaz d’échappement (17), dans lequel les gaz d’échappement s’écoulent à une seconde vitesse moyenne inférieure à la première vitesse moyenne, l’injecteur (21) injectant le liquide dans le second passage (43).
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le déflecteur (39) comprend une plaque perforée (47), à travers laquelle le second passage (43) communique avec la zone d’entrée (45).
  3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la plaque perforée (47) forme avec un axe central de l’entrée de gaz d’échappement un angle compris entre 0° et 60°, avantageusement entre 30° et 45°.
  4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la plaque perforée (47) présente un taux de vide compris entre 10% et 70%, avantageusement entre 40% et 55%.
  5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le déflecteur (39) comprend une plaque formant impacteur (51), l’injecteur (21) injectant le liquide selon une direction d’injection (I) orientée vers la sortie de gaz d’échappement (17), la plaque formant impacteur (51) étant interposée entre l’injecteur (21) et la sortie de gaz d’échappement (17).
  6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel la plaque formant impacteur (51) est sensiblement plane et présente une normale formant avec la direction d’injection (I) un angle inférieur à 25°.
  7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, en combinaison avec la revendication 2, dans lequel l’enveloppe (13) comprend une première partie d’enveloppe (71) et une deuxième partie d’enveloppe (73) rapportées l’une sur l’autre, la plaque perforée (47) étant solidaire de la première partie d’enveloppe (71), la plaque formant impacteur (51) étant solidaire de la seconde partie d’enveloppe (73), la plaque perforée (47) et la plaque formant impacteur (51) étant libres l’une vis-à-vis de l’autre.
  8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’enveloppe (13) comprend une partie tubulaire d’enveloppe (25) définissant la sortie de gaz d’échappement (17), le déflecteur (39) comprenant une partie tubulaire de déflecteur (53) engagée dans la partie tubulaire d’enveloppe (25) et constituant un tronçon aval du second passage (43).
  9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la partie tubulaire de déflecteur (53) est coaxiale à la partie tubulaire d’enveloppe (25).
  10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la partie tubulaire de déflecteur (53) et la partie tubulaire d’enveloppe (25) délimitent entre elles un canal annulaire (85) constituant un tronçon aval du premier passage (41).
  11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel un conduit flexible (27) est monté sur la partie tubulaire d’enveloppe (25), la partie tubulaire de déflecteur (53) s’étendant au-delà de la partie tubulaire d’enveloppe (25) à l’intérieur du conduit flexible (27).
  12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier passage (41) présente une entrée de passage (64) débouchant dans la zone d’entrée (45), la zone d’entrée (45) présentant une section de passage se rétrécissant de l’entrée de gaz d’échappement (15) à l’entrée du premier passage (64).
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