WO2008043932A1 - Ligne d'echappement munie d'un injecteur de carburant et de moyens d'homogeneisation des gaz brules - Google Patents

Ligne d'echappement munie d'un injecteur de carburant et de moyens d'homogeneisation des gaz brules Download PDF

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WO2008043932A1
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    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2892—Exhaust flow directors or the like, e.g. upstream of catalytic device

Definitions

  • the present invention generally relates to internal combustion engines provided with means for filtering flue gases.
  • It relates more particularly to an exhaust line of an internal combustion engine having a burnt gas exhaust pipe and a fuel injector opening into said exhaust pipe.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the production of diesel engines and spark ignition engines operating at low richness.
  • the exhaust pipes of internal combustion engines are generally provided with an oxidation catalyst followed, in the flow direction of the flue gas, with a particulate filter.
  • the oxidation catalyst is designed to oxidize hydrocarbons and carbon monoxide from the combustion of fuel and fresh air into the combustion chamber to prevent their being released into the atmosphere.
  • the particulate filter allows to filter and store a large part of the polluting particles (soot) rejected by the engine.
  • the flue gas evacuates with difficulty from the exhaust pipe, which generates an overpressure of the flue gas which is detrimental to the operation of the internal combustion engine.
  • the difficulty therefore consists in controlling the evaporation of the fuel and its homogenization in the flue gases in order to optimize the combustion of the polluting particles and not to discharge hydrocarbons into the atmosphere.
  • JP 61 164017 proposes a fuel injector positioned in an exhaust pipe, which is adapted to modify the direction of the jet of fuel that it projects into the pipe.
  • the fuel injector can optimize the distribution of fuel in the flue gas stream according to the speed of the latter.
  • this device requires the expensive use of an ad hoc fuel injector and does not accelerate the evaporation rate of the fuel in the flue gas.
  • US 6539708 also proposes a fuel injector positioned in an exhaust pipe. According to this document, it is expected to have in the exhaust pipe, facing the fuel injector, a plate on which the fuel is injected so that it bounces on and disperses in the flue gas stream.
  • the invention proposes a new exhaust line in which the fuel injected evaporates and rapidly homogenizes in the flue gas stream, without creating a significant increase in pressure losses in the exhaust pipe. More particularly, it is proposed according to the invention an exhaust line as defined in the introduction, wherein there is provided a plurality of planar fins disposed in the exhaust pipe for one of the faces of each fin to receive a portion of a fuel jet from said fuel injector.
  • the impact of the fuel jet on the fins allows the fuel jet to be broken up and dispersed over a number of different surfaces, which increases the fuel exchange surface with the hot flue gases.
  • the evaporation rate of the fuel in the exhaust pipe is therefore higher.
  • the impact of the jet of fuel on the fins makes it possible to bounce the fuel droplets and thus to disperse them in the flue gases.
  • the dispersion of the fuel injected into the exhaust pipe thus promotes the evaporation and homogenization of the fuel in the flue gases.
  • the fins being entirely disposed in the exhaust pipe, they have a temperature greater than that of the walls of the exhaust pipe; the evaporation of the fuel is thus faster than when the fuel is thrown against the walls of this pipe.
  • the fins are parallel to each other. According to another advantageous characteristic of the invention, the fins each extend in a general plane which is substantially parallel to the average line of the exhaust pipe.
  • the general plane of the fin means the mean plane in which the fin extends, that is to say the virtual plane whose mean distance to the fin is the lowest. In particular, when the fin is flat, the general plane corresponds to the plane of the fin.
  • the fins are regularly spaced apart from each other;
  • the fuel jet is injected along a central injection axis inclined relative to the average line of the exhaust pipe; the fins have leading edges which all extend in the same plane of attack inclined with respect to the mean line of the exhaust pipe;
  • attack plane and the central injection axis are angularly separated by an angle of between 10 and 40 degrees;
  • means for holding the fins constituted by support plates which extend transversely to said fins, in planes substantially parallel to the average line of the exhaust pipe;
  • said fins and support plates comprise grooves adapted to fit into each other for the interlocking assembly of said fins and said support plates;
  • FIG. 1 is a schematic overview of an internal combustion engine having an exhaust line according to the invention
  • FIG. 2 is a partial sectional view of an exhaust pipe of the exhaust line of Figure 1 wherein is crimped a homogenizer;
  • FIG. 3 is an exploded view of the homogenizer of FIG. 2.
  • downstream and upstream are used in the direction of the flow of air, from the point of sampling the fresh air into the atmosphere until it leaves a catalytic converter. .
  • FIG. 1 shows a diesel-type internal combustion engine 10 comprising a combustion chamber 11 defined by four cylinders 12. Upstream of the combustion chamber 11, the internal combustion engine 10 comprises a fresh air intake line 20. This intake line 20 draws fresh air directly into the atmosphere and the filter by means of an air filter 21. It extends to an air distributor 22 which opens onto four intake channels 23 each connected to one of the cylinders 12 of the combustion chamber 1 1.
  • the intake line 20 further comprises a compressor 31 of a turbocharger 30 which compresses the fresh air filtered by the air filter 21 to inject it under pressure into the air distributor 22. Downstream of the chamber combustion 1 1, the internal combustion engine
  • This catalytic converter 45 here comprises internally an oxidation catalyst 46 followed, in the flow direction of the flue gases, with a particulate filter 47.
  • the oxidation catalyst 46 is in particular adapted to oxidize the HC hydrocarbons and CO carbon monoxide contained in the flue gases circulating in the exhaust line 40.
  • the particulate filter 47 is in turn adapted to filter and store the polluting particles (also called soot) produced by the combustion of fuel and fresh air in the combustion chamber January 1, so as to prevent them from are released into the atmosphere. This filter must be regularly regenerated so as not to be clogged by too much of the polluting particles.
  • the particulate filter 47 may optionally be lined internally with a catalytic material, such as platinum, adapted to oxidize the HC hydrocarbons and carbon monoxide CO contained in the flue gas.
  • the exhaust line 40 comprises an auxiliary oxidation catalyst 44 disposed upstream of the catalytic converter 45 and connected thereto by an exhaust pipe 43 of circular section.
  • This auxiliary oxidation catalyst 44 is intended to fractionate the heavy HC hydrocarbons, so that they are treated more easily and more rapidly by the oxidation catalyst 46 of the catalytic converter 45.
  • the exhaust line 40 further comprises, upstream of the auxiliary oxidation catalyst 44, a turbine 32 which is driven by the flue gas stream to actuate the compressor 31.
  • the internal combustion engine 10 also comprises a flue gas recirculation line 60 which originates in the exhaust line 40, between the exhaust manifold 41 and the turbine 32, and which opens into the exhaust manifold 40.
  • the intake line 20 between the compressor 31 and the air distributor 22.
  • the recirculation line 60 comprises, at its junction with the inlet line 20, a valve 61 for regulating the flow rate of the flue gases reinjected into the combustion chamber 11 of the internal combustion engine 10. This recirculation line 60 reduces the volume of the pollutant emissions released by the internal combustion engine 10.
  • the internal combustion engine 10 also comprises fuel injection means 50 for introducing fuel directly into the exhaust pipe 43.
  • injection means 50 comprise in a known manner a fuel tank 51 connected to a pump 52 which draws fuel into the tank to bring it under pressure into a fuel injector 53.
  • the latter opens into the interior of the tank. exhaust pipe 43.
  • the injector 53 makes it possible to send the desired quantity of fuel into this pipe, at the desired moment.
  • the opening and closing of the fuel injector 53 is controlled by electronic control means 75 of the internal combustion engine 10.
  • this fuel injector 53 is adapted to send a jet of fuel 54 into an injection cone C of central injection axis W.
  • the fuel injector 53 is more particularly positioned in the pipe 43 so that the central injection axis W intersects the average line V of the exhaust pipe 43 and is inclined with respect to this average line V (the central injection axis W is therefore neither confused nor perpendicular to the mean line V).
  • the jet of fuel 54 is here directed obliquely towards the outlet of the exhaust pipe 43, in the direction of flow of the flue gases, so that the central injection axis W is inclined at an angle of about 45 degrees to the average line V of the exhaust pipe 43.
  • the electronic control means 75 of the internal combustion engine 10 are connected to two pressure sensors 71, 74 adapted to measure the pressure difference between the inlet and the outlet of the catalytic converter 45. This difference The pressure is a function of the filling rate of the particulate filter 47 by the polluting particles.
  • the pressure sensors 71, 74 thus make it possible to determine the degree of fouling of this filter.
  • the control means 75 are also connected to two temperature sensors 72, 73, one disposed in the exhaust pipe 43, just upstream of the injector 53, and the other disposed in the catalytic converter 45, between the catalyst
  • the temperature sensors 46 provide continuously to the control means 75 two signals representative of the temperature of the flue gases. One is representative of the temperature of these gases before they enter the catalytic converter 45, and the other is representative of the temperature of these gases when they were treated by the oxidation catalyst.
  • the control means can thus control the amount of fuel injected by the fuel injector 53 as a function of these measured temperatures, so that the flue gases have a desired temperature.
  • the exhaust pipe 43 internally comprises a homogenizer device 100 for promoting the evaporation of the fuel in the burned gases and their homogenization.
  • this homogenizing device 100 comprises four rectangular fins 101, 102, 103, 104 which are positioned parallel to each other in the exhaust pipe 43, downstream of the injector. 53.
  • These fins 101, 102, 103, 104 are disposed in general planes parallel to the average line V of the exhaust pipe 43, so that one of their two faces is exposed to the fuel jet 54 contained in the injection cone C of the fuel injector 53. More specifically, the general planes of these fins are orthogonal to the plane comprising the central injection axis W and the average line V of the exhaust pipe 43.
  • the fins 101, 102, 103, 104 are regularly spaced from each other.
  • each fin 101, 102, 103, 104 has a leading edge 101 A, 102A, 103A, 104A, which faces the flow of gas burned, and a trailing edge 101 B, 102B, 103B, 104B opposite.
  • the other two edges of each fin extend parallel to the inner wall of the exhaust pipe 43, at a very small distance from the latter.
  • the exhaust pipe 43 having a circular section, the four fins have different widths from each other. These four fins are here made of sheet metal one millimeter thick.
  • the trailing edges 101 B, 102B, 103B, 104B of the fins all extend in the same plane of leakage T which is here inclined with respect to the planes orthogonal to the average line V of the exhaust pipe 43.
  • the edges Attack 101 A, 102A, 103A, 104A fins extend in the same plane of attack P inclined relative to the orthogonal planes at the average line V of the exhaust pipe 43.
  • the fins 101, 102, 103, 104 here have different lengths from each other. These lengths are between 30 and 60 millimeters.
  • the plane of attack P is here inclined with respect to the central injection axis W of an angle A preferably between 10 and 40 degrees. It is positioned relative to the fuel injector 53 so that a portion of each jet of fuel 54 from the fuel injector 53 is projected onto each of the four fins 101, 102, 103, 104 of the homogenizer 100. All fuel injected is distributed on the different fins 101, 102, 103, 104 of the device.
  • the exhaust line 40 further comprises means for maintaining the fins 101, 102, 103, 104 constituted here by two support plates 105, 106. These two support plates 105, 106 are positioned orthogonally to the fins 101, 102, 103, 104, parallel to the average line V of the exhaust pipe 43. They are more precisely fitted into the fins 101, 102, 103, 104.
  • each fin 101, 102, 103, 104 is pierced over half of its length with two parallel grooves 107 extending from its leading edge 102A, 104A for two of the fins 102, 104 and from its edge.
  • 101 A, 103A leak for the other two fins 101, 103.
  • the two grooves of each fin 101, 102, 103, 104 are spaced a certain distance which is identical for all the fins 101, 102, 103, 104.
  • the support plates 105, 106 are drilled halfway along their length with four parallel grooves. Two of these grooves extend from the trailing edge 105B, 106B of each support plate, while the other two extend from the leading edge 105A, 106A of these support plates. These grooves are offset relative to each other and are intended to be inserted into the grooves of the fins 101, 102, 103, 104 so that these fins can fit into the support plates 105, 106.
  • the two support plates are identical. They each comprise a leading edge 105A, 106A, disposed in the plane of attack P, and a trailing edge 105B, 106B arranged in the leakage plane T.
  • the other two edges of each support plate extend in parallel. at the inner wall of the exhaust pipe 43. They each have a shoulder 109, so that the trailing edges 105B, 106B of the support plates have lengths greater than those of their leading edges 105A, 106A.
  • the exhaust line 40 comprises a retaining ring 1 10.
  • This retaining ring 1 10 is fitted around the fins and the support plates, by their edge. attack, until it abuts against the shoulders 109 of the support plates 105, 106.
  • the retaining ring 110 is crimped on all of these fins.
  • the retaining ring 1 10 is also crimped into the exhaust pipe 43.
  • the latter comprises two parts connected to each other by fixing flanges 48, 49.
  • the retaining ring 1 10 can thus be easily inserted into the exhaust pipe 43 to be crimped.
  • the flow of fresh air taken upstream of the air filter 21 follows the intake line 20 and opens into the distributor of the air 22 to be burned in the combustion chamber 1 1.
  • the flue gases resulting from this combustion open into the exhaust line 40. Part of these flue gas is captured by the recirculation line 60 to be reinjected into the combustion chamber 1 1.
  • the carbon monoxide CO and the HC hydrocarbons are mainly oxidized from exothermically in the auxiliary oxidation catalyst 44 and in the oxidation catalyst 46 of the catalytic converter 45, while the polluting particles pass through these catalysts and are then captured by the particulate filter 47.
  • the control means 75 of the engine initiate a regeneration step of the particulate filter 47.
  • the fuel injector 53 projects, at intervals or continuously, a jet of fuel 54 which impacts the fins 101, 102, 103, 104 of the homogenizer device 100.
  • the mixture of flue gases and fuel is heavily loaded with carbon monoxide CO and HC hydrocarbons. These two components are then very exothermically oxidized within the oxidation catalyst 46, which greatly increases the temperature of the mixture.
  • the control means 75 simultaneously regulate, in real time, the fuel flow injected into the exhaust pipe 43 as a function of the temperatures of the flue gases measured by the temperature sensors 72, 73 and as a function of the engine speed.
  • the fuel flow rate is regulated so that the temperature of the flue gases entering the particulate filter 47 is constantly between 570 and 650 ° C.
  • the control means 75 of the motor command stop fuel injections into the exhaust pipe 43.
  • the internal combustion engine 10 then enters again into a normal operating phase.

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Abstract

L'invention concerne une ligne d'échappement (40) d'un moteur à combustion interne comportant une conduite d'échappement (43) de gaz brûlés et un injecteur de carburant (53) débouchant dans ladite conduite d'échappement. Selon l'invention, il est prévu une pluralité d'ailettes (101, 102, 103, 104) planes disposées dans la conduite d'échappement (43) pour qu'une des faces de chaque ailette (101, 102, 103, 104) reçoive une partie d'un jet de carburant (54) issu dudit injecteur de carburant (53).

Description

LIGNE D'ÉCHAPPEMENT MUNIE D'UN INJECTEUR DE CARBURANT ET DE MOYENS D'HOMOGENEISATION DES GAZ BRULES
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les moteurs à combustion interne pourvus de moyens de filtrage des gaz brûlés.
Elle concerne plus particulièrement une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne comportant une conduite d'échappement de gaz brûlés et un injecteur de carburant débouchant dans ladite conduite d'échappement.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la réalisation des moteurs diesel et des moteurs à allumage commandé fonctionnant à faible richesse.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les conduites d'échappement des moteurs à combustion interne sont généralement pourvues d'un catalyseur d'oxydation suivi, dans la direction d'écoulement des gaz brûlés, d'un filtre à particules.
Le catalyseur d'oxydation est destiné à oxyder les hydrocarbures et le monoxyde de carbone provenant de la combustion du carburant et de l'air frais dans la chambre de combustion, afin d'éviter qu'ils soient rejetés dans l'atmosphère. Le filtre à particules permet quant à lui de filtrer et de stocker une part importante des particules polluantes (suies) rejetées par le moteur.
À partir d'un certain taux de remplissage du filtre à particules, les gaz brûlés s'évacuent difficilement de la conduite d'échappement, ce qui engendre une surpression des gaz brûlés néfaste au fonctionnement du moteur à combustion interne.
Il convient alors, au cours d'une phase de régénération du filtre à particules, d'éliminer les particules polluantes qui remplissent le filtre sans pour autant les rejeter telles quelles dans l'atmosphère, mais plutôt en les brûlant au préalable.
Pour cela, on injecte du carburant dans la ligne d'échappement, ce qui entraîne une réaction d'oxydation très exothermique du carburant dans le catalyseur d'oxydation. Les gaz brûlés sortent par conséquent du catalyseur d'oxydation avec une température élevée et entrent dans le filtre à particules en brûlant les particules polluantes qui remplissent ce dernier. II est connu, pour réaliser cette phase de régénération du filtre, de disposer un injecteur de carburant de sorte qu'il débouche dans la conduite d'échappement, perpendiculairement à la ligne moyenne selon laquelle cette dernière s'étend. Le carburant ainsi injecté est alors projeté sur la face interne de la conduite d'échappement, puis s'écoule le long de la conduite en s'évaporant en partie avant d'entrer dans le catalyseur d'oxydation. Le mélange de gaz brûlés et de carburant n'est donc pas homogène. Par conséquent, les réactions d'oxydation ont majoritairement lieu à proximité des parois du catalyseur d'oxydation, ce qui risque de l'abîmer et de réduire prématurément ses performances. La difficulté consiste par conséquent à maîtriser l'évaporation du carburant et son homogénéisation dans les gaz brûlés pour optimiser la combustion des particules polluantes et pour ne pas rejeter d'hydrocarbures dans l'atmosphère.
Le document JP 61 164017 propose un injecteur de carburant positionné dans une conduite d'échappement, qui est adapté à modifier la direction du jet de carburant qu'il projette dans la conduite. Ainsi, lïnjecteur de carburant peut optimiser la répartition du carburant dans le flux de gaz brûlés en fonction de la vitesse de ces derniers. Cependant, ce dispositif nécessite l'utilisation coûteuse d'un injecteur de carburant ad hoc et ne permet pas d'accélérer la vitesse d'évaporation du carburant dans les gaz brûlés. Le document US 6539708 propose également un injecteur de carburant positionné dans une conduite d'échappement. Selon ce document, il est prévu de disposer dans la conduite d'échappement, en regard de l'injecteur de carburant, une plaque sur laquelle est injecté le carburant pour qu'il rebondisse dessus et se disperse dans le flux de gaz brûlés. Cependant, une partie du carburant reste sur la plaque et s'écoule vers le catalyseur d'oxydation sans s'évaporer. Par ailleurs, la plaque est inclinée par rapport à la direction du flux de gaz brûlés, de sorte qu'elle entrave une partie de la section de passage de la conduite d'échappement. Cette entrave occasionne des pertes de charge dans la conduite d'échappement, ce qui provoque une diminution des performances du moteur. OBJET DE L'INVENTION
L'invention propose une nouvelle ligne d'échappement dans laquelle le carburant injecté s'évapore et s'homogénéise rapidement dans le flux de gaz brûlés, sans pour autant engendrer une augmentation sensible des pertes de charge dans la conduite d'échappement. Plus particulièrement, on propose selon l'invention une ligne d'échappement telle que définie dans l'introduction, dans laquelle il est prévu une pluralité d'ailettes planes disposées dans la conduite d'échappement pour qu'une des faces de chaque ailette reçoive une partie d'un jet de carburant issu dudit injecteur de carburant.
L'impact du jet de carburant sur les ailettes permet de fragmenter le jet de carburant et de le disperser sur plusieurs surfaces distinctes, ce qui augmente la surface d'échange du carburant avec les gaz brûlés chauds. La vitesse d'évaporation du carburant dans la conduite d'échappement est donc plus élevée. En outre, l'impact du jet de carburant sur les ailettes permet de faire rebondir les gouttelettes de carburant et donc de les disperser dans les gaz brûlés. La dispersion du carburant injecté dans la conduite d'échappement favorise ainsi l'évaporation et l'homogénéisation du carburant dans les gaz brûlés.
Au surplus, les ailettes étant entièrement disposées dans la conduite d'échappement, elles présentent une température supérieure à celle des parois de la conduite d'échappement ; l'évaporation du carburant est ainsi plus rapide que lorsque le carburant est projeté contre les parois de cette conduite.
Selon une première caractéristique avantageuse de l'invention, les ailettes sont parallèles entre elles. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les ailettes s'étendent chacune dans un plan général qui est sensiblement parallèle à la ligne moyenne de la conduite d'échappement.
On entend par plan général de l'ailette le plan moyen dans lequel s'étend l'ailette, c'est-à-dire le plan virtuel dont l'éloignement moyen à l'ailette est le plus faible. En particulier, lorsque l'ailette est plane, le plan général correspond au plan de l'ailette.
Ainsi, seules les tranches des ailettes font faces au flux de gaz brûlés, ce qui permet de limiter les pertes de charge de ce flux.
D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de la ligne d'échappement selon l'invention sont les suivantes :
- les ailettes sont régulièrement espacées les unes des autres ;
- le jet de carburant est injecté suivant un axe central d'injection incliné par rapport à la ligne moyenne de la conduite d'échappement ; - les ailettes possèdent des bords d'attaque qui s'étendent tous dans un même plan d'attaque incliné par rapport à la ligne moyenne de la conduite d'échappement ;
- le plan d'attaque et l'axe central d'injection sont séparés angulairement d'un angle compris entre 10 et 40 degrés ;
- il est prévu des moyens de maintien des ailettes constitués par des plaques- support qui s'étendent transversalement auxdites ailettes, dans des plans sensiblement parallèles à la ligne moyenne de la conduite d'échappement ;
- lesdites ailettes et les plaques-support comportent des rainures adaptées à s'insérer les unes dans les autres pour l'assemblage par emboîtement desdites ailettes et desdites plaques-support ;
- il est prévu une bague de maintien qui assure l'assemblage des ailettes avec les plaques-support et qui est sertie dans la conduite d'échappement ; et
- il est prévu, en aval desdites ailettes et de l'injecteur de carburant par référence au sens d'écoulement des gaz brûlés, un catalyseur d'oxydation suivi d'un filtre à particules .
DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
- la figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'un moteur à combustion interne comportant une ligne d'échappement selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue partielle en coupe d'une conduite d'échappement de la ligne d'échappement de la figure 1 dans laquelle est serti un dispositif d'homogénéisation ; et
- la figure 3 est une vue éclatée du dispositif d'homogénéisation de la figure 2.
Dans la description, les termes « aval » et « amont » sont utilisés suivant le sens de l'écoulement de l'air, depuis le point de prélèvement de l'air frais dans l'atmosphère jusqu'à sa sortie par un pot catalytique.
Sur la figure 1 , on a représenté un moteur à combustion interne 10 de type diesel, qui comprend une chambre de combustion 1 1 définie par quatre cylindres 12. En amont de la chambre de combustion 1 1 , le moteur à combustion interne 10 comprend une ligne d'admission 20 d'air frais. Cette ligne d'admission 20 prélève l'air frais directement dans l'atmosphère et le filtre au moyen d'un filtre à air 21. Elle s'étend jusqu'à un répartiteur d'air 22 qui débouche sur quatre canaux d'admission 23 chacun raccordés à l'un des cylindres 12 de la chambre de combustion 1 1.
La ligne d'admission 20 comporte en outre un compresseur 31 d'un turbocompresseur 30 qui comprime l'air frais filtré par le filtre à air 21 pour l'injecter sous pression dans le répartiteur d'air 22. En aval de la chambre de combustion 1 1 , le moteur à combustion interne
10 comporte une ligne d'échappement 40 de gaz brûlés s'étendant depuis un collecteur d'échappement 41 , relié par quatre canaux d'échappement 42 à chacun des cylindres 12 de la chambre de combustion 11 , jusqu'au pot catalytique 45. Ce pot catalytique 45 comporte ici intérieurement un catalyseur d'oxydation 46 suivi, dans la direction d'écoulement des gaz brûlés, d'un filtre à particules 47.
Le catalyseur d'oxydation 46 est en particulier adapté à oxyder les hydrocarbures HC et le monoxyde de carbone CO contenus dans les gaz brûlés circulant dans la ligne d'échappement 40.
Le filtre à particules 47 est quant à lui adapté à filtrer et à stocker les particules polluantes (également appelées suies) produites par la combustion de carburant et d'air frais dans la chambre de combustion 1 1 , de manière à éviter qu'elles ne soient rejetées dans l'atmosphère. Ce filtre doit être régulièrement régénéré afin de ne pas être obstrué par une trop grande quantité des particules polluantes. Le filtre à particules 47 peut éventuellement être revêtu intérieurement d'un matériau catalytique, tel que le platine, adapté à oxyder les hydrocarbures HC et le monoxyde de carbone CO contenus dans les gaz brûlés.
Quoi qu'il en soit, la ligne d'échappement 40 comporte un catalyseur d'oxydation auxiliaire 44 disposé en amont du pot catalytique 45 et raccordé à ce dernier par une conduite d'échappement 43 de section circulaire. Ce catalyseur d'oxydation auxiliaire 44 est destiné à fractionner les hydrocarbures HC lourds, de manière à ce qu'ils soient traités plus facilement et plus rapidement par le catalyseur d'oxydation 46 du pot catalytique 45. La ligne d'échappement 40 comprend de plus, en amont du catalyseur d'oxydation auxiliaire 44, une turbine 32 qui est entraînée par le flux de gaz brûlés pour actionner le compresseur 31.
Comme le montre la figure 1 , le moteur à combustion interne 10 comprend également une ligne de recirculation 60 des gaz brûlés qui prend naissance dans la ligne d'échappement 40, entre le collecteur d'échappement 41 et la turbine 32, et qui débouche dans la ligne d'admission 20, entre le compresseur 31 et le répartiteur d'air 22. La ligne de recirculation 60 comporte, à sa jonction avec la ligne d'admission 20, une vanne 61 permettant de réguler le débit des gaz brûlés réinjectés dans la chambre de combustion 11 du moteur à combustion interne 10. Cette ligne de recirculation 60 permet de diminuer le volume des émissions polluantes rejetées par le moteur à combustion interne 10.
Le moteur à combustion interne 10 comporte par ailleurs des moyens d'injection 50 de carburant permettant d'introduire du carburant directement dans la conduite d'échappement 43.
Ces moyens d'injection 50 comportent de manière connue un réservoir de carburant 51 raccordé à une pompe 52 qui prélève du carburant dans ce réservoir pour l'amener sous pression jusque dans un injecteur de carburant 53. Ce dernier débouche à l'intérieur de la conduite d'échappement 43. L'injecteur 53 permet d'envoyer la quantité de carburant désirée dans cette conduite, au moment voulu. A cet effet, l'ouverture et la fermeture de l'injecteur de carburant 53 est commandée par des moyens de pilotage électroniques 75 du moteur à combustion interne 10.
Comme le montre la figure 2, cet injecteur de carburant 53 est adapté à envoyer un jet de carburant 54 dans un cône d'injection C d'axe central d'injection W. L'injecteur de carburant 53 est plus particulièrement positionné dans la conduite d'échappement 43 de telle sorte que l'axe central d'injection W coupe la ligne moyenne V de la conduite d'échappement 43 et est incliné par rapport à cette ligne moyenne V (l'axe central d'injection W n'est donc ni confondu, ni perpendiculaire à la ligne moyenne V). Comme l'illustre la figure 2, le jet de carburant 54 est ici dirigé obliquement vers la sortie de la conduite d'échappement 43, dans le sens d'écoulement des gaz brûlés, de sorte que l'axe central d'injection W est incliné d'un angle d'environ 45 degrés par rapport à ligne moyenne V de la conduite d'échappement 43. Comme le montre la figure 1 , les moyens de pilotage électroniques 75 du moteur à combustion interne 10 sont reliés à deux capteurs de pression 71 , 74 adaptés à mesurer la différence de pressions entre l'entrée et la sortie du pot catalytique 45. Cette différence de pression est fonction du taux de remplissage du filtre à particules 47 par les particules polluantes. Les capteurs de pression 71 , 74 permettent donc de déterminer le taux d'encrassement de ce filtre.
Les moyens de pilotage 75 sont également reliés à deux capteurs de température 72, 73, l'un disposé dans la conduite d'échappement 43, juste en amont de lïnjecteur 53, et l'autre disposé dans le pot catalytique 45, entre le catalyseur d'oxydation 46 et le filtre à particules 47. Ces capteurs de température fournissent en continu aux moyens de pilotage 75 deux signaux représentatifs de la température des gaz brûlés. L'un est représentatif de la température de ces gaz avant qu'ils n'entrent dans le pot catalytique 45, et l'autre est représentatif de la température de ces gaz lorsque ces derniers ont été traités par le catalyseur d'oxydation. Les moyens de pilotage peuvent ainsi piloter la quantité de carburant injecté par lïnjecteur de carburant 53 en fonction de ces températures mesurées, de manière que les gaz brûlés présentent une température voulue.
Avantageusement, comme le montrent les figures 1 et 2, la conduite d'échappement 43 comporte intérieurement un dispositif d'homogénéisation 100 destiné à favoriser l'évaporation du carburant dans les gaz brûlés et leur homogénéisation.
Comme l'illustre plus particulièrement la figure 2, ce dispositif d'homogénéisation 100 comporte quatre ailettes 101 , 102, 103, 104 planes rectangulaires positionnées parallèlement les unes au-dessus des autres dans la conduite d'échappement 43, en aval de lïnjecteur de carburant 53. Ces ailettes 101 , 102, 103, 104 sont disposées dans des plans généraux parallèles à la ligne moyenne V de la conduite d'échappement 43, de sorte que l'une de leurs deux faces est exposée au jet de carburant 54 contenu dans le cône d'injection C de lïnjecteur de carburant 53. Plus précisément, les plans généraux de ces ailettes sont orthogonaux au plan comprenant l'axe central d'injection W et la ligne moyenne V de la conduite d'échappement 43. Les ailettes 101 , 102, 103, 104 sont régulièrement espacées les unes des autres.
Comme le montrent les figures 2 et 3, chaque ailette 101 , 102, 103, 104 présente un bord d'attaque 101 A, 102A, 103A, 104A, qui fait face au flux de gaz brûlés, et un bord de fuite 101 B, 102B, 103B, 104B opposé. Les deux autres bords de chaque ailette s'étendent quant à eux parallèlement à la paroi interne de la conduite d'échappement 43, à une distance très faible de cette dernière.
La conduite d'échappement 43 comportant une section circulaire, les quatre ailettes présentent des largeurs différentes les unes des autres. Ces quatre ailettes sont ici réalisées en tôle d'un millimètre d'épaisseur.
Les bords de fuite 101 B, 102B, 103B, 104B des ailettes s'étendent tous dans un même plan de fuite T qui est ici incliné par rapport aux plans orthogonaux à la ligne moyenne V de la conduite d'échappement 43. Les bords d'attaquent 101 A, 102A, 103A, 104A des ailettes s'étendent dans un même plan d'attaque P incliné par rapport aux plans orthogonaux à la ligne moyenne V de la conduite d'échappement 43.
Les ailettes 101 , 102, 103, 104 présentent ici des longueurs différentes les unes des autres. Ces longueurs sont comprises entre 30 et 60 millimètres. Le plan d'attaque P est ici incliné par rapport à l'axe central d'injection W d'un angle A préférentiellement compris entre 10 et 40 degrés. Il est positionné par rapport à lïnjecteur de carburant 53 de telle sorte qu'une partie de chaque jet de carburant 54 issu de lïnjecteur de carburant 53 soit projetée sur chacune des quatre ailettes 101 , 102, 103, 104 du dispositif d'homogénéisation 100. La totalité du carburant injecté est ainsi repartie sur les différentes ailettes101 , 102, 103, 104 du dispositif.
On pourrait bien sûr prévoir une disposition différente des ailettes par rapport à lïnjecteur de carburant, pourvu qu'une partie de chaque jet de carburant impacte chacune desdites ailettes du dispositif d'homogénéisation 100. La ligne d'échappement 40 comporte par ailleurs des moyens de maintien des ailettes 101 , 102, 103, 104 constitués ici par deux plaques-support 105, 106. Ces deux plaques-support 105, 106 sont positionnées orthogonalement aux ailettes 101 , 102, 103, 104, parallèlement à la ligne moyenne V de la conduite d'échappement 43. Elles sont plus précisément emboîtées dans les ailettes 101 , 102, 103, 104.
A cet effet, chaque ailette 101 , 102, 103, 104 est percée sur la moitié de sa longueur de deux rainures 107 parallèles s'étendant depuis son bord d'attaque 102A, 104A pour deux des ailettes 102, 104 et depuis son bord de fuite 101 A, 103A pour les deux autres ailettes 101 , 103. Les deux rainures de chaque ailette 101 , 102, 103, 104 sont espacées d'une certaine distance qui est identique pour toutes les ailettes 101 , 102, 103, 104.
En correspondance, les plaques-support 105, 106 sont percées sur la moitié de leur longueur de quatre rainures parallèles. Deux de ces rainures s'étendent depuis le bord de fuite 105B, 106B de chaque plaque-support, tandis que les deux autres s'étendent depuis le bord d'attaque 105A, 106A de ces plaques-support. Ces rainures sont décalées les unes par rapport aux autres et sont destinées à s'insérer dans les rainures des ailettes 101 , 102, 103, 104 de manière à ce que ces ailettes puissent s'emboîter dans les plaques-support 105, 106.
Les deux plaques-support sont identiques. Elles comportent chacune un bord d'attaque 105A, 106A, disposé dans le plan d'attaque P, et un bord de fuite 105B, 106B disposé dans le plan de fuite T. Les deux autres bords de chaque plaque-support s'étendent parallèlement à la paroi interne de la conduite d'échappement 43. Ils présentent chacun un épaulement 109, si bien que les bords de fuite 105B, 106B des plaques-support présentent des longueurs supérieures à celles de leurs bords d'attaque 105A, 106A.
Afin de maintenir les ailettes et les plaques-support en position assemblée, la ligne d'échappement 40 comporte une bague de maintien 1 10. Cette bague de maintien 1 10 est emmanchée autour des ailettes et des plaques- support, par leur bord d'attaque, jusqu'à venir en butée contre les épaulements 109 des plaques-support 105, 106. La bague de maintien 110 est sertie sur l'ensemble de ces ailettes.
La bague de maintien 1 10 est en outre sertie dans la conduite d'échappement 43. Pour cela, cette dernière comporte deux parties raccordées l'une à l'autre par des brides de fixation 48, 49. La bague de maintien 1 10 peut ainsi être facilement insérée dans la conduite d'échappement 43 pour y être sertie.
En référence à la figure 1 , lors d'une phase de fonctionnement normal du moteur à combustion interne 10, le flux d'air frais prélevé en amont du filtre à air 21 suit la ligne d'admission 20 et débouche dans le répartiteur d'air 22 afin d'être brûlé dans la chambre de combustion 1 1.
Les gaz brûlés issus de cette combustion débouchent dans la ligne d'échappement 40. Une partie de ces gaz brûlés est captée par la ligne de recirculation 60 afin d'être réinjectée dans la chambre de combustion 1 1. L'autre partie de ces gaz brûlés chargés de particules polluantes, de monoxyde de carbone CO et d'hydrocarbures HC, débouche dans le catalyseur d'oxydation auxiliaire 44 puis dans le pot catalytique 45. Le monoxyde de carbone CO et les hydrocarbures HC sont majoritairement oxydés de manière exothermique dans le catalyseur d'oxydation auxiliaire 44 et dans le catalyseur d'oxydation 46 du pot catalytique 45, tandis que les particules polluantes passent au travers de ces catalyseurs puis sont captées par le filtre à particules 47.
Lorsque les capteurs de pression 71 , 74 mesurent une différence de pressions entre l'entrée et la sortie du pot catalytique 45 supérieure à une valeur seuil prédéterminée (ce qui signifie que le filtre à particules 47 est sensiblement encrassé), les moyens de pilotage 75 du moteur lancent une étape de régénération du filtre à particules 47.
Dans ce but, l'injecteur de carburant 53 projette, par intervalles ou en continu, un jet de carburant 54 qui vient impacter les ailettes 101 , 102, 103, 104 du dispositif d'homogénéisation 100.
Une partie du carburant impacté rebondit contre les ailettes et s'évapore directement dans les gaz brûlés, tandis que l'autre partie s'écoule le long des ailettes 101 , 102, 103, 104 chaudes et s'évapore à son tour avant d'entrer dans le pot catalytique 45. Le carburant est ainsi rapidement et correctement homogénéisé aux gaz brûlés lorsqu'il entre dans le pot.
Le mélange de gaz brûlés et de carburant est fortement chargé de monoxyde de carbone CO et d'hydrocarbures HC. Ces deux composants sont alors oxydés de manière très exothermique au sein du catalyseur d'oxydation 46, ce qui élève fortement la température du mélange. Les moyens de pilotage 75 régulent simultanément et en temps réel le débit de carburant injecté dans la conduite d'échappement 43 en fonction des températures des gaz brûlés mesurées par les capteurs de température 72, 73 et en fonction du régime du moteur. Le débit de carburant est régulé de manière que la température des gaz brûlés entrant dans le filtre à particules 47 reste constamment comprise entre 570 et 650 °C.
Lorsque les capteurs de pression 71 , 74 mesurent une différence de pressions entre l'entrée et la sortie du pot catalytique 45 inférieure à une autre valeur seuil prédéterminée (ce qui signifie que le filtre à particules 47 est suffisamment régénéré), les moyens de pilotage 75 du moteur commandent l'arrêt des injections de carburant dans la conduite d'échappement 43. Le moteur à combustion interne 10 entre alors à nouveau dans une phase de fonctionnement normal.
La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute autre variante conforme à son esprit.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ligne d'échappement (40) d'un moteur à combustion interne (10) comportant une conduite d'échappement (43) de gaz brûlés et au moins un injecteur de carburant (53) débouchant dans ladite conduite d'échappement (43), caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité d'ailettes (101 , 102, 103, 104) planes disposées dans la conduite d'échappement (43) pour qu'une des faces de chaque ailette (101 , 102, 103, 104) reçoive une partie d'un jet de carburant (54) issu dudit injecteur de carburant (53).
2. Ligne d'échappement (40) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les ailettes (101 , 102, 103, 104) sont parallèles entre elles.
3. Ligne d'échappement (40) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les ailettes (101 , 102, 103, 104) s'étendent chacune dans un plan général qui est sensiblement parallèle à la ligne moyenne (V) de la conduite d'échappement (43).
4. Ligne d'échappement (40) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ailettes (101 , 102, 103, 104) sont régulièrement espacées les unes des autres.
5. Ligne d'échappement (40) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le jet de carburant (54) est injecté suivant un axe central d'injection (W) incliné par rapport à la ligne moyenne (V) de la conduite d'échappement (43).
6. Ligne d'échappement (40) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ailettes (101 , 102, 103, 104) possèdent des bords d'attaque (101 A, 102A, 103A, 104A) qui s'étendent tous dans un même plan d'attaque (P) incliné par rapport à la ligne moyenne (V) de la conduite d'échappement (43).
7. Ligne d'échappement (40) selon les deux revendications précédentes, caractérisée en ce que le plan d'attaque (P) et l'axe central d'injection (W) sont séparés angulairement d'un angle (A) compris entre 10 et 40 degrés.
8. Ligne d'échappement (40) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de maintien des ailettes (101 , 102, 103, 104) constitués par des plaques-support (105, 106) qui s'étendent transversalement auxdites ailettes (101 , 102, 103, 104), dans des plans sensiblement parallèles à la ligne moyenne (V) de la conduite d'échappement (43).
9. Ligne d'échappement (40) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que lesdites ailettes (101 , 102, 103, 104) et les plaques- support (105, 106) comportent des rainures (107, 108) adaptées à s'insérer les unes dans les autres pour l'assemblage par emboîtement desdites ailettes (101 , 102, 103, 104) et desdites plaques-support (105, 106).
10. Ligne d'échappement (40) selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une bague de maintien (1 10) qui assure l'assemblage des ailettes (101 , 102, 103, 104) avec les plaques-support (105, 106) et qui est sertie dans la conduite d'échappement (43).
1 1. Ligne d'échappement (40) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte, en aval desdites ailettes (101 , 102, 103, 104) et de l'injecteur de carburant (53) par référence au sens d'écoulement des gaz brûlés, un catalyseur d'oxydation (46) suivi d'un filtre à particules (47).
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