WO2009053565A1 - Dispositif de vaporisation d'un carburant - Google Patents

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Thibault Panhard
Frédéric Greber
Emmanuel Jean
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FAURECIA SYSTEMES D'ECHAPPEMENT (Société par actions simplifiée)
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    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
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    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the present invention relates to a device for vaporizing a fuel, especially gas oil, before its introduction into an exhaust element that comprises an exhaust line of a heat engine vehicle.
  • This invention relates to the field of the automotive industry and, more particularly, that of the manufacture of equipment to ensure the escape of gases from the combustion of a fuel within an internal combustion engine.
  • Such equipment is in the form of an exhaust line connected to this engine and having a plurality of exhaust elements succeeding each other along this exhaust line, this in accordance with the direction of the flow of gases within it.
  • such an exhaust line comprises, then and successively, exhaust elements consisting of a catalyst (more particularly an oxidation catalyst), a particulate filter (FAP) and a silencer.
  • a catalyst more particularly an oxidation catalyst
  • FAP particulate filter
  • such a particle filter comprises, in fact, a multitude of channels within which particles, usually consisting of soot or the like, penetrate and are trapped, and which, after a certain period of operation of the engine, tend to clog these channels.
  • this vaporization device comprises, on the one hand, a vaporization chamber receiving, internally, a heating element, on the other hand, a fuel delivery means connected to a fuel tank and by which this fuel is introduced into the vaporization chamber and, secondly, a vaporized fuel outlet means out of this vaporization chamber for its introduction into the oxidation catalyst.
  • this vaporization device consists of introducing fuel into the vaporization chamber by the inlet means, in order to bring this fuel into direct contact with the heating element for the purpose of vaporizing it.
  • the fuel is stored in the tank at a temperature corresponding to the ambient temperature which can be significantly lower than that of the heating element, necessary for the vaporization of this fuel.
  • the arrival of the cold fuel in contact with the hot heating element has the effect of causing a sudden vaporization of this fuel creating a mantle of steam around this heating element which significantly reduces the effectiveness thereof and prevents the immediate vaporization of fuel which corresponds to a phenomenon known as Leidenfrost effect.
  • the sudden vaporization of the fuel results in a high boiling of this fuel resulting in a sudden appearance of vapor bubbles creating obstacles to the movement of the liquid fuel.
  • This boiling may, moreover, have the effect of causing fractions of the still liquid fuel, out of the vaporization chamber and into the exhaust duct.
  • the temperature of the external walls of the vaporization device may also be relatively lower than the temperature necessary for the vaporization, which also makes it difficult to vaporize the fuel.
  • the present invention is intended to overcome the disadvantages of the vaporization devices of the state of the art.
  • the invention relates to a device for vaporizing a fuel, especially gas oil, before its introduction into an exhaust element that comprises an exhaust line of a heat engine vehicle, this vaporization device comprising, on the one hand, a vaporization chamber, on the other hand, a heating element designed to vaporize the fuel and implanted inside the vaporization chamber and, on the other hand, a means for the arrival of the fuel in the vaporization chamber as well as a means for the output of the vaporized fuel out of the vaporization chamber.
  • This device is characterized by the fact that it comprises, in addition and within at least part of the vaporization chamber at least between the heating element and the means of arrival of the fuel, a means for conducting the heat generated by the heating element in that portion of the vaporization chamber and this heating element to the fuel delivery means.
  • the heat conducting means extends at least between the heating element and the fuel supply means, more particularly from this heating element to the fuel inlet means.
  • the part of the vaporization chamber containing the thermal conductive means is at least between the heating element and the fuel supply means.
  • this thermal conductive means is implanted in the entirety of the vaporization chamber.
  • the thermal conducting means is constituted by an element designed to have a thermal conductivity greater than 20 W / m / K and preferably being made of a metallic material or a metal-containing material.
  • a first type of embodiment consists in that this thermal conductive means is constituted by a thermal conductive element of nonwoven type, more particularly constituted by at least one round wire or, preferably, flat.
  • this nonwoven thermal conductive element is constituted by a multitude of wires (in particular grouped together in the form of an assembly shaped so as, on the one hand, to fill, at least in part, the vaporization chamber and, secondly, to receive the heating element) each adopting the form of a fiber, a strand or a chip.
  • Such yarns preferably have a rough surface condition.
  • a second type of embodiment consists in that the thermal conductive means is constituted by a porous type of thermal conductive element, in particular constituted by a foam.
  • thermal conductive element constituting the thermal conducting means is made of a metallic material or a metal-containing material.
  • the invention also relates to an exhaust element, in particular constituted by a catalyst, more particularly an oxidation catalyst, which comprises an exhaust line of a motor vehicle with a combustion engine and comprising a vaporization device having the characteristics described above.
  • the vaporization device according to the invention then comprises a means for conducting the heat produced by the heating element.
  • This thermal conductive means then makes it possible to transmit the heat produced by the heating element beyond the sole surface of this heating element and inside the vaporization chamber, which advantageously results in an increase of the heating surface capable of vaporizing the fuel.
  • this thermal conductive means makes it possible to more evenly distribute the temperature inside the vaporization chamber, more particularly, between the heating element and the remainder of this vaporization chamber.
  • the thermal conductor means is constituted by a thermal conductive element having a determined thermal conductivity (corresponding, in particular, to a metal material judiciously selected for the realization of this conductive element), advantageously to improve the vaporization of the fuel.
  • this thermal conductive element has a structure (nonwoven, assembly and / or entanglement of threads, porosity) advantageously allowing to considerably reduce the boiling intensity of the fuel, which has the effect, on the one hand , to reduce the size of fuel vapor bubbles and, secondly, to limit the movement of these bubbles during vaporization, or even to prevent the movement of liquid fuel.
  • the roughness of the surface state of the yarns advantageously makes it possible, on the one hand, to stabilize the shape of the thermal conductive element and, on the other hand, to obtain better wetting.
  • this thermal conductive means is constituted by a metallic thermal conductive element of non-woven or porous type.
  • a metallic thermal conductive element of non-woven or porous type advantageously makes it possible to create thermal continuities between the heating element and the rest of the vaporization chamber and, thus, to significantly increase the heating surface.
  • the vaporization device advantageously makes it possible to significantly increase the production of fuel vapor with equal heating power and identical chamber volume with respect to a vaporization device of the state of the art.
  • FIG. 1 is a schematic view of an exhaust line portion at which is implanted a spray device according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic view, in section and in detail, of a spray device according to the present invention.
  • the present invention relates to the field of the automotive industry and, more particularly, that of the manufacture of equipment to ensure the escape of gases from the combustion of a fuel within an internal combustion engine.
  • Such equipment is in the form of an exhaust line 1 connected to this engine and having a plurality of exhaust elements succeeding each other along this exhaust line, this in accordance with the direction of the flow of the gas in it.
  • such an exhaust line 1 comprises, in the direction of gas flow, at least one catalyst 2, more particularly an oxidation catalyst, as well as a particulate filter 3.
  • such a catalyst 2 and such a particle filter 3 can be defined at the same exhaust element, usually called cata-fap.
  • this catalyst 2 and this particulate filter 3 are each defined at a separate exhaust element, these exhaust elements then being connected to one another via an exhaust pipe 4.
  • an exhaust line 1 may also comprise a turbocharger 5 implanted upstream of the catalyst 2, in the direction of the gas flow, and connected, on the one hand, to the engine and, d on the other hand, to this catalyst 2 by an exhaust tube 4 '.
  • a turbocharger 5 implanted upstream of the catalyst 2, in the direction of the gas flow, and connected, on the one hand, to the engine and, d on the other hand, to this catalyst 2 by an exhaust tube 4 '.
  • Such an exhaust line 1 is further supplemented by a device 6 designed to ensure the regeneration of the particulate filter 3 which, as the engine is running, is fouled by particles (especially soot) which deposit in the channels of the particulate filter 3 and which, in the absence of such a device 6, would cause 1 shutter.
  • a device 6 designed to ensure the regeneration of the particulate filter 3 which, as the engine is running, is fouled by particles (especially soot) which deposit in the channels of the particulate filter 3 and which, in the absence of such a device 6, would cause 1 shutter.
  • such a device 6 ensures the vaporization of a fuel (more particularly gas oil) before introducing this vaporized fuel inside the oxidation catalyst 2 which has the effect of increasing the temperature of the gases of exhaust in the exhaust line 1, in particular in the particulate filter 3, causing a degradation of the particles contained in the latter 3 and, thus, its regeneration.
  • a fuel more particularly gas oil
  • this vaporization device 6 is implanted upstream of the oxidation catalyst 2, more particularly between this oxidation catalyst 2 and the turbocharger 5, preferably close to the latter 5.
  • This vaporization device 6 is in communication with the internal volume of said catalyst 2 in order to allow the introduction of the vaporized fuel inside it 2.
  • such a device 6 for vaporization comprises a vaporization chamber 7 receiving, internally, a heating element 8 supplied with electrical energy.
  • This vaporization device 6 further comprises means 9 for supplying the fuel, on the one hand, connected to a fuel tank 10, in particular via a supply means 11, and on the other hand , opening into the vaporization chamber 7.
  • This vaporization device 6 further comprises a means 12 for discharging the vaporized fuel from this vaporization chamber 7.
  • this outlet means 12 that the vaporized fuel is introduced into the oxidation catalyst 2 of the exhaust line 1.
  • this vaporization device 6 may, again, comprise an outlet channel 13 through which the vaporization chamber 7 communicates with the fuel outlet means 12.
  • said vaporization device 6 comprises, within at least a part of the vaporization chamber 7, means 14 for conducting the heat produced by the heating element 8 in this part of the vapor chamber. spray 7.
  • This characteristic advantageously makes it possible to increase the exchange surface between the fuel and the heating element 8 and, consequently, to increase the heating surface of this fuel. This results in a significant increase in the production of fuel vapor with equal heating power and identical chamber volume.
  • the part of the vaporization chamber 7 containing the thermal conductive means 14 is at least between the heating element 8 and the fuel supply means 9.
  • this vaporization chamber portion 7 extends from this heating element 8 and at least up to the means 9 of fuel arrival.
  • the heat conducting means 14 extends, then, at least between this heating element 8 and this fuel supply means 9, more particularly from this heating element 8 to the means 9 for the arrival of the fuel, this to conduct the heat of this heating element 8 to the means 9 of fuel arrival.
  • Such an embodiment then allows the heat to be conveyed to the fuel supply means 9 so that this fuel is advantageously brought to an appropriate vaporization temperature as soon as it enters the vaporization chamber 7.
  • the vaporization device 6 comprises such a means 14 thermal conductor implanted in the entirety of the vaporization chamber 7.
  • Another characteristic of the invention consists in that the conductive element 14 extends, inside the vaporization chamber 7, between the heating element 8 and the wall of this vaporization chamber 7.
  • Such an embodiment advantageously makes it possible to conduct the heat towards the wall of the vaporization chamber 7 and thus, on the one hand, to facilitate the vaporization of the fuel and, on the other hand, to ensure complete vaporization. of this fuel.
  • the thermal conducting means 14 is constituted by a thermal conductive element designed to have a thermal conductivity greater than 20 W / m / K.
  • thermal conductive element having such a thermal conductivity
  • the element, constituting the thermal conducting means 14 has a thermal conductivity of between 20 and 35 W / m / K, preferably of the order of 27 W / m / K.
  • a thermal conductive element is then and preferably made of steel.
  • the element constituting the thermal conducting means 14 has a thermal conductivity of between 350 and 450 W / m / K, preferably of the order of 370 to 400 W / m / K. .
  • a thermal conductive element is then and preferably made of copper or copper alloy.
  • this thermal conductive means 14 is, in fact, constituted by a thermal conductive element of the nonwoven type.
  • this thermal conductive means 14 may then consist of a nonwoven thermal conductive element in the form of at least one round wire or, preferably, flat.
  • a first embodiment consists, then, in that this thermal conductive element is in the form of a single wire, more particularly rolled into a ball or ball.
  • this nonwoven thermal conductive element is constituted by a multitude of son adopting, each, the form of a fiber, a strand or a chip.
  • this or these yarns, within the vaporization chamber 7, are at least partly erratically distributed and / or are at least partially entangled in a manner.
  • Such entanglement advantageously makes it possible to limit the intensity of the vaporization of the fuel.
  • a first embodiment consists in that this or these son are, then, arranged in bulk inside this vaporization chamber 7.
  • the nonwoven thermal conductive element is constituted by an assembly of a multitude of these son.
  • these wires are distributed at least in part erratically and / or are arranged at least partly in an entangled manner.
  • this assembly is shaped so as, on the one hand, to fill, at least partially (preferably completely), the vaporization chamber 7 and, on the other hand, to receive the heating element 8.
  • An additional feature of the present invention is that the nonwoven thermal conductive element has a rough surface condition.
  • Such a surface state advantageously makes it possible to improve the wetting of the thermal conductive element by the fuel.
  • this thermal conductive element is constituted by at least one flat wire having, then, edges whose roughness of the surface state advantageously allows to stabilize the shape of the element thermal conductor.
  • thermal conductive element consisting of an assembly of a multitude of entangled flat wires each adopting the shape of a chip having a rough surface state.
  • such a thermal conductive element is then constituted by a steel wool containing flat and rough chips obtained by turning.
  • the characteristics of this steel wool make it possible to obtain a very good homogeneity of the temperature inside the vaporization chamber 7 and to increase, at the same time, the heating surface of contact with the fuel and the entanglement. .
  • This entanglement advantageously permits a considerable reduction in the boiling intensity of the fuel which reduces the size of the fuel vapor bubbles and prevents the movement of the liquid fuel.
  • this thermal conductive means 14 is constituted by a porous type of thermal conductive element.
  • a preferred embodiment then consists in that such a thermal conducting means 14 is constituted by a thermal conductive element in the form of a foam.
  • such a porous material advantageously makes it possible to obtain a very good homogeneity of the temperature inside the vaporization chamber 7 as well as to increase, both, the entanglement and heating surface contact with the fuel.
  • the thermal conductive element constituting the thermal conducting means 14 is made of a metal material or a material containing a metal, more particularly a composite material of metal type.
  • this thermal conductive element is made of steel, copper or a copper alloy.
  • this management means is preferably designed to supply electrical energy to the heating element 8 before ensuring the introduction of the fuel into the vaporization chamber 7.
  • this means of management is designed to power this heating element 8 sufficiently far in advance, before introduction of the fuel, so that the thermal conductor 14 has reached a suitable temperature to ensure the vaporization of the fuel as soon as it is introduced into the vaporization chamber 7.
  • such a device 6 of vaporization is associated with an exhaust element of an exhaust line 1 constituted by a catalyst, more particularly by an oxidation catalyst 2.
  • the invention relates to then, also, such an exhaust element comprising such a vaporization device 6 having the characteristics described above.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (6) pour vaporiser un carburant, notamment du gasoil, ceci avant son introduction dans un élément d'échappement que comporte une ligne d'échappement d'un véhicule à moteur thermique, ce dispositif (6) de vaporisation comportant, d'une part, une chambre de vaporisation (7), d'autre part, un élément chauffant (8) conçu pour vaporiser le carburant et implanté à l ' intérieur de la chambre de vaporisation (7) et, d'autre part encore, un moyen (9) pour l'arrivée du carburant dans la chambre de vaporisation (7) ainsi qu'un moyen (12) pour la sortie du carburant vaporisé hors de la chambre de vaporisation (7) Ce dispositif (6) est caractérisé par le fait qu'il comporte, à 1 ' intérieur d ' une partie au moins de la chambre de vaporisation (7), un moyen (14) pour conduire la chaleur produite par l'élément chauffant (8) dans cette partie de la chambre de vaporisation (7).

Description

DISPOSITIF DE VAPORISATION D'UN CARBURANT
La présente invention a trait à un dispositif pour vaporiser un carburant, notamment du gasoil, ceci avant son introduction dans un élément d'échappement que comporte une ligne d'échappement d ' un véhicule à moteur thermique .
Cette invention concerne le domaine de l ' industrie automobile et, plus particulièrement, celui de la fabrication des équipements permettant d'assurer l'échappement des gaz issus de la combustion d'un carburant au sein d'un moteur thermique à combustion interne .
Un tel équipement se présente sous la forme d'une ligne d'échappement raccordée à ce moteur et comportant une pluralité d'éléments d'échappement se succédant le long de cette ligne d'échappement, ceci conformément au sens de l'écoulement des gaz en son sein.
De manière usuelle, une telle ligne d'échappement comporte, alors et successivement, des éléments d'échappement constitués par un catalyseur (plus particulièrement un catalyseur d'oxydation), par un filtre à particules (FAP) ainsi que par un silencieux.
On observera qu'un tel filtre à particules comporte, en fait, une multitude de canaux à l ' intérieur desquels pénètrent et sont piégées des particules, usuellement constituées par des suies ou analogue, et qui, après une certaine durée de fonctionnement du moteur, ont tendance à boucher ces canaux.
Afin de remédier à cet inconvénient, il est connu de recourir à un dispositif, implanté en amont du catalyseur d'oxydation, à proximité immédiate de celui-ci, et communicant avec son volume interne . Ce dispositif est conçu, d'une part, pour vaporiser du carburant (notamment du gasoil) et, d'autre part, pour introduire les vapeurs de carburant à l ' intérieur de ce catalyseur d ' oxydation où ces vapeurs de carburant vont s ' oxyder grâce à l ' oxygène présent dans l'échappement ce qui a pour effet d'augmenter la température des gaz d'échappement qui pénètrent dans le filtre à particules .
Cette augmentation de température des gaz d'échappement permet, alors, de provoquer une combustion des particules contenues dans ce filtre à particules et d'assurer, ainsi, une régénération de ce dernier.
En fait, ce dispositif de vaporisation comporte, d'une part, une chambre de vaporisation recevant, intérieurement, un élément chauffant, d'autre part, un moyen d'arrivée du carburant raccordé à un réservoir de carburant et par lequel ce carburant est introduit dans la chambre de vaporisation et, d'autre part encore , un moyen de sortie du carburant vaporisé hors de cette chambre de vaporisation en vue son introduction dans le catalyseur d ' oxydation .
Aussi , le fonctionnement de ce dispositif de vaporisation consiste à introduire du carburant dans la chambre de vaporisation par le moyen d'arrivée, ceci pour amener ce carburant en contact direct avec l'élément chauffant en vue de sa vaporisation.
A ce propos, on observera que le carburant est stocké dans le réservoir à une température correspondant à la température ambiante qui peut être notablement inférieure à celle de l'élément chauffant, nécessaire à la vaporisation de ce carburant .
L'arrivée du carburant froid en contact avec l'élément chauffant chaud a pour effet de provoquer une vaporisation brutale de ce carburant créant un manteau de vapeur autour de cet élément chauffant ce qui réduit notablement l'efficacité de celui-ci et empêche la vaporisation immédiate du carburant ce qui correspond à un phénomène connu sous la dénomination d'effet Leidenfrost.
De plus , la vaporisation brutale du carburant se traduit par une ébullition de forte intensité de ce carburant entraînant une apparition soudaine de bulles de vapeur créant des obstacles au mouvement du carburant liquide. Cette ébullition peut, en outre, avoir pour effet d'entraîner des fractions du carburant encore liquide, hors de la chambre de vaporisation et dans le conduit d' échappement .
On observera, également, que, dans certains cas, la température des parois externes du dispositif de vaporisation peut, également, être relativement inférieure à la température nécessaire à la vaporisation ce qui rend, également, difficile la vaporisation du carburant.
Ces phénomènes engendrent une vaporisation partielle et incomplète du carburant ce qui se traduit par un fonctionnement dégradé du dispositif de vaporisation .
La présente invention se veut à même de remédier aux inconvénients des dispositifs de vaporisation de l ' état de la technique .
A cet effet, l'invention concerne un dispositif pour vaporiser un carburant, notamment du gasoil, ceci avant son introduction dans un élément d'échappement que comporte une ligne d'échappement d'un véhicule à moteur thermique, ce dispositif de vaporisation comportant, d'une part, une chambre de vaporisation, d'autre part, un élément chauffant conçu pour vaporiser le carburant et implanté à l ' intérieur de la chambre de vaporisation et, d'autre part encore, un moyen pour l'arrivée du carburant dans la chambre de vaporisation ainsi qu ' un moyen pour la sortie du carburant vaporisé hors de la chambre de vaporisation . Ce dispositif est caractérisé par le fait qu ' il comporte , de plus et à l ' intérieur d ' une partie au moins de la chambre de vaporisation au moins comprise entre l ' élément chauffant et le moyen d'arrivée du carburant, un moyen pour conduire la chaleur produite par l ' élément chauffant dans cette partie de la chambre de vaporisation et de cet élément chauffant jusqu'au moyen d'arrivée du carburant.
Selon une caractéristique additionnelle, le moyen conducteur de chaleur s'étend au moins entre l'élément chauffant et le moyen d'arrivée de carburant, plus particulièrement à partir de cet élément chauffant jusqu'à ce moyen d'arrivée du carburant.
Une autre caractéristique consiste en ce que la partie de la chambre de vaporisation contenant le moyen conducteur thermique est au moins comprise entre l ' élément chauffant et le moyen d ' arrivée de carburant .
De préférence, ce moyen conducteur thermique est implanté dans 1 ' intégralité de la chambre de vaporisation .
Une caractéristique additionnelle consiste en ce que le moyen conducteur thermique est constitué par un élément conçu pour présenter une conductivité thermique supérieure à 20 W/m/K et étant, de préférence, réalisé en un matériau métallique ou en un matériau contenant un métal .
Un premier type de réalisation consiste en ce que ce moyen conducteur thermique est constitué par un élément conducteur thermique de type non tissé, plus particulièrement constitué par au moins un fil rond ou, et de préférence, plat.
En fait, cet élément conducteur thermique non tissé est constitué par une multitude de fils (notamment regroupés sous forme d'un assemblage conformé en sorte, d'une part, de remplir, au moins en partie, la chambre de vaporisation et, d'autre part, de recevoir l'élément chauffant) adoptant, chacun, la forme d'une fibre, d'un brin ou d'un copeau. De tels fils présentent, de préférence, un état de surface rugueux.
Un second type de réalisation consiste en ce que le moyen conducteur thermique est constitué par un élément conducteur thermique de type poreux, notamment constitué par une mousse.
Une caractéristique additionnelle consiste en ce que l ' élément conducteur thermique, constituant le moyen conducteur thermique, est réalisé en un matériau métallique ou en un matériau contenant un métal .
L'invention concerne, également, un élément d'échappement, notamment constitué par un catalyseur, plus particulièrement un catalyseur d'oxydation, que comporte une ligne d'échappement d'un véhicule à moteur thermique et comportant un dispositif de vaporisation présentant les caractéristiques décrites ci-dessus .
Le dispositif de vaporisation conforme à l'invention comporte, alors, un moyen pour conduire la chaleur produite par l'élément chauffant .
Ce moyen conducteur thermique permet, alors, de transmettre la chaleur produite par l'élément chauffant au-delà de la seule surface de cet élément chauffant et à l ' intérieur de la chambre de vaporisation ce qui se traduit, avantageusement, par une augmentation de la surface chauffante susceptible d'assurer la vaporisation du carburant.
De plus, ce moyen conducteur thermique permet de répartir de manière plus homogène la température à l ' intérieur de la chambre de vaporisation, plus particulièrement, entre l'élément chauffant et le reste de cette chambre de vaporisation . En fait, le moyen conducteur thermique est constitué par un élément conducteur thermique présentant une conductivité thermique déterminée (correspondant, notamment, à un matériau métallique judicieusement sélectionné pour la réalisation de cet élément conducteur) permettant, avantageusement, d'améliorer la vaporisation du carburant.
De plus, cet élément conducteur thermique présente une structure (non tissé, assemblage et/ou enchevêtrement de fils, porosité) permettant, avantageusement, de diminuer considérablement l'intensité de l'ébullition du carburant ce qui a pour effet, d'une part, de réduire la taille des bulles de vapeur de carburant et, d'autre part, de limiter le mouvement de ces bulles au cours de la vaporisation, voire d'empêcher le mouvement du carburant liquide .
En outre, la rugosité de l'état de surface des fils permet, avantageusement, d'une part, de stabiliser la forme de l'élément conducteur thermique et, d'autre part, d'obtenir un meilleur mouillage .
De manière avantageuse, ce moyen conducteur thermique est constitué par un élément conducteur thermique métallique de type non tissé ou poreux. Un tel élément permet, avantageusement, de créer des continuités thermiques entre l ' élément chauffant et le reste de la chambre de vaporisation et, ainsi, d'augmenter de manière notable la surface de chauffe .
Finalement, le dispositif de vaporisation permet, avantageusement, d'augmenter de manière significative la production de vapeur de carburant à puissance de chauffe égale et à volume de chambre identique par rapport à un dispositif de vaporisation de l'état de la technique.
D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre se rapportant à des modes de réalisation qui ne sont donnés qu'à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs .
La compréhension de cette description sera facilitée en se référant au dessin joint en annexe et dans lequel :
- la figure 1 est une vue schématisée d'une portion de ligne d'échappement au niveau de laquelle est implanté un dispositif de vaporisation conforme à l'invention;
- la figure 2 est une vue schématisée, en coupe et en détail, d'un dispositif de vaporisation conforme à la présente invention .
La présente invention concerne le domaine de l ' industrie automobile et, plus particulièrement, celui de la fabrication des équipements permettant d'assurer l'échappement des gaz issus de la combustion d'un carburant au sein d'un moteur thermique à combustion interne .
Un tel équipement se présente sous la forme d'une ligne d'échappement 1 raccordée à ce moteur et comportant une pluralité d'éléments d'échappement se succédant le long de cette ligne d'échappement, ceci conformément au sens de l'écoulement des gaz en son sein.
En particulier et comme visible figure 1 , une telle ligne d ' échappement 1 comporte , dans le sens de l ' écoulement des gaz , au moins un catalyseur 2 , plus particulièrement un catalyseur d'oxydation, ainsi qu'un filtre à particules 3.
Selon un mode particulier de réalisation non représenté, un tel catalyseur 2 et un tel filtre à particules 3 peuvent être définis au niveau d'un même élément d'échappement, usuellement dénommé cata-fap. Cependant et tel que visible figure 1 , ce catalyseur 2 et ce filtre à particules 3 sont définis, chacun, au niveau d'un élément d'échappement distinct, ces éléments d'échappement étant, alors, raccordés entre eux par le biais d'un tube d ' échappement 4.
De manière additionnelle, une telle ligne d'échappement 1 peut, encore , comporter un turbocompresseur 5 implanté en amont du catalyseur 2, ceci dans le sens de l'écoulement des gaz, et raccordé, d'une part, au moteur et, d'autre part, à ce catalyseur 2 par un tube d ' échappement 4 ' .
Une telle ligne d'échappement 1 est, encore, complétée par un dispositif 6 conçu pour assurer la régénération du filtre à particules 3 qui, au fur et à mesure du fonctionnement du moteur, est encrassé par des particules (notamment de suie) qui se déposent dans les canaux de ce filtre à particules 3 et qui , en l'absence d'un tel dispositif 6, en provoqueraient 1 ' obturation .
En fait, un tel dispositif 6 assure la vaporisation d'un carburant (plus particulièrement du gasoil) avant d'introduire ce carburant vaporisé à l'intérieur du catalyseur d'oxydation 2 ce qui a pour effet d'augmenter la température des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement 1, en particulier dans le filtre à particules 3, entraînant une dégradation des particules contenues dans ce dernier 3 et, ainsi, sa régénération .
Tel que visible sur les figures en annexe, ce dispositif 6 de vaporisation est implanté en amont du catalyseur d'oxydation 2, plus particulièrement entre ce catalyseur d'oxydation 2 et le turbocompresseur 5 , de préférence à proximité de ce dernier 5.
Ce dispositif 6 de vaporisation est en communication avec le volume interne dudit catalyseur 2 en vue de permettre l'introduction du carburant vaporisé à l'intérieur de celui-ci 2.
De manière connue en soi , un tel dispositif 6 de vaporisation comporte une chambre de vaporisation 7 recevant, intérieurement, un élément chauffant 8 alimenté en énergie électrique .
Ce dispositif 6 de vaporisation comporte, encore, un moyen 9 d'arrivée du carburant, d'une part, raccordé à un réservoir 10 de carburant, notamment par l'intermédiaire d'un moyen d'alimentation 11 et, d'autre part, débouchant à l'intérieur de la chambre de vaporisation 7.
C'est, plus particulièrement, par ce moyen d'arrivé 9 que le carburant est introduit dans la chambre de vaporisation 7.
Ce dispositif 6 de vaporisation comporte, de plus, un moyen 12 de sortie du carburant vaporisé hors de cette chambre de vaporisation 7.
C'est, plus particulièrement, par ce moyen de sortie 12 que le carburant vaporisé est introduit dans le catalyseur 2 d ' oxydation de la ligne d ' échappement 1.
Tel que visible sur la figure 2 , ce dispositif de vaporisation 6 peut, encore, comporter un canal 13 de sortie au travers duquel la chambre de vaporisation 7 communique avec le moyen 12 de sortie de carburant.
Selon l'invention, ledit dispositif de vaporisation 6 comporte, à l ' intérieur d ' une partie au moins de la chambre de vaporisation 7 , un moyen 14 pour conduire la chaleur produite par l'élément chauffant 8 dans cette partie de la chambre de vaporisation 7. Cette caractéristique permet, de manière avantageuse, d'augmenter la surface d'échange entre le carburant et l'élément chauffant 8 et, par conséquent, d'augmenter la surface de chauffe de ce carburant. Il en résulte une augmentation significative de la production de vapeur de carburant à puissance de chauffe égale et à volume de chambre identique .
En fait et selon une caractéristique additionnelle , la partie de la chambre de vaporisation 7 contenant le moyen 14 conducteur thermique est au moins comprise entre l'élément chauffant 8 et le moyen 9 d'arrivée de carburant. De manière préférentielle, cette partie de chambre de vaporisation 7 s'étend à partir de cet élément chauffant 8 et au moins jusqu'au moyen 9 d'arrivée du carburant.
Le moyen conducteur de chaleur 14 s'étend, alors, au moins entre cet élément chauffant 8 et ce moyen 9 d'arrivée de carburant, plus particulièrement à partir de cet élément chauffant 8 jusqu'à ce moyen 9 d'arrivée du carburant, ceci pour conduire la chaleur de cet élément chauffant 8 jusqu'au moyen 9 d'arrivée du carburant .
Un tel mode de réalisation permet, alors, de conduire la chaleur jusqu'au moyen 9 d'arrivée du carburant de sorte que ce carburant est, avantageusement, porté à une température de vaporisation appropriée dès son entrée dans la chambre de vaporisation 7.
Cependant et selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de vaporisation 6 comporte un tel moyen 14 conducteur thermique implanté dans l'intégralité de la chambre de vaporisation 7.
Ceci permet, avantageusement, de répartir de manière plus homogène la température entre l ' élément chauffant 8 et le reste de la chambre de vaporisation 7. Une autre caractéristique de l ' invention consiste en ce que l'élément conducteur 14 s'étend, à l'intérieur de la chambre de vaporisation 7, entre l'élément chauffant 8 et la paroi de cette chambre de vaporisation 7.
Un tel mode de réalisation permet, avantageusement, de conduire la chaleur vers la paroi de la chambre de vaporisation 7 et, ainsi, d'une part, de faciliter la vaporisation du carburant et, d'autre part, d'assurer une vaporisation complète de ce carburant .
Une autre caractéristique de la présente invention consiste en ce que le moyen conducteur thermique 14 est constitué par un élément conducteur thermique conçu pour présenter une conductivité thermique supérieure à 20 W/m/K.
Une autre caractéristique consiste en ce qu ' un tel élément conducteur thermique , présentant une telle conductivité thermique, est, alors et de préférence, réalisé en un matériau métallique ou en un matériau contenant un métal , plus particulièrement un matériau composite contenant un tel métal .
A ce propos , on observera que , selon un premier mode de réalisation, l'élément, constituant le moyen conducteur thermique 14, présente une conductivité thermique comprise entre 20 et 35 W/m/K, de préférence de l'ordre de 27 W/m/K. Un tel élément conducteur thermique est, alors et de préférence, réalisé en acier.
Cependant et selon un second mode de réalisation, l'élément, constituant le moyen conducteur thermique 14, présente une conductivité thermique comprise entre 350 et 450 W/m/K, de préférence de l'ordre de 370 à 400 W/m/K. Un tel élément conducteur thermique est, alors et de préférence, réalisé en cuivre ou en alliage de cuivre . Selon un premier type de réalisation, ce moyen conducteur thermique 14 est, en fait, constitué par un élément conducteur thermique de type non tissé .
On observera qu'un tel élément permet, avantageusement, de créer des continuités thermiques entre l'élément chauffant 8 et le reste de la chambre de vaporisation 7 ce qui augmente, en fait, la surface de chauffe .
A ce propos, on observera que ce moyen conducteur thermique 14 peut, alors, être constitué par un élément conducteur thermique non tissé se présentant sous la forme d'au moins un fil rond ou, et de préférence, plat.
Un premier mode de réalisation consiste, alors, en ce que cet élément conducteur thermique se présente sous la forme d'un unique fil, plus particulièrement roulé en boule ou en pelote.
Cependant et selon un mode préféré de réalisation de l'invention, cet élément conducteur thermique non tissé est constitué par une multitude de fils adoptant, chacun, la forme d ' une fibre , d ' un brin ou d ' un copeau .
Une autre caractéristique consiste en ce que ce ou ces fils , à 1 ' intérieur de la chambre de vaporisation 7 , sont distribués au moins en partie de manière erratique et/ou sont agencés au moins en partie de manière enchevêtrée .
Un tel enchevêtrement permet, avantageusement, de limiter l'intensité de la vaporisation du carburant.
Un premier mode de réalisation consiste en ce que ce ou ces fils sont, alors, disposés en vrac à l'intérieur de cette chambre de vaporisation 7. Cependant et selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'élément conducteur thermique non tissé est constitué par un assemblage d'une multitude de ces fils.
A ce propos, on observera que, au sein d'un tel assemblage, ces fils sont distribués au moins en partie de manière erratique et/ou sont agencés au moins en partie de manière enchevêtrée .
Une autre caractéristique de cet assemblage consiste en ce qu ' il est conformé en sorte, d'une part, de remplir, au moins en partie (de préférence intégralement) , la chambre de vaporisation 7 et, d'autre part, de recevoir l'élément chauffant 8.
Une caractéristique additionnelle de la présente invention consiste en ce que l ' élément conducteur thermique non tissé présente un état de surface rugueux.
Un tel état de surface permet, avantageusement, d'améliorer le mouillage de l'élément conducteur thermique par le carburant.
De plus et tel qu'évoqué ci-dessus, cet élément conducteur thermique est constitué par au moins un fil plat présentant, alors, des arêtes dont la rugosité de l'état de surface permet, avantageusement, de stabiliser la forme de l'élément conducteur thermique .
Finalement, on observera que d'excellents résultats sont obtenus pour un élément conducteur thermique constitué par un assemblage d'une multitude de fils plats enchevêtrés et adoptant, chacun, la forme d'un copeau présentant un état de surface rugueux.
En fait, un tel élément conducteur thermique est, alors, constitué par une laine d'acier contenant des copeaux plats et rugueux obtenus par tournage . Les caractéristiques de cette laine d'acier permettent d'obtenir une très bonne homogénéité de la température à l ' intérieur de la chambre de vaporisation 7 et d'augmenter, à la fois, la surface chauffante de contact avec le carburant et l'enchevêtrement.
Cet enchevêtrement autorise , de manière avantageuse , une diminution considérable de l'intensité d'ébullition du carburant ce qui réduit la taille des bulles de vapeur de carburant et empêche le mouvement du carburant liquide .
Selon un second type de réalisation, ce moyen conducteur thermique 14 est constitué par un élément conducteur thermique de type poreux.
Un mode préféré de réalisation consiste, alors, en ce qu'un tel moyen conducteur thermique 14 est constitué par un élément conducteur thermique se présentant sous la forme d ' une mousse .
Là encore , un tel matériau poreux (plus particulièrement une telle mousse) permet, avantageusement, d'obtenir une très bonne homogénéité de la température à l ' intérieur de la chambre de vaporisation 7 ainsi que d'augmenter, à la fois, l'enchevêtrement et la surface chauffante de contact avec le carburant .
Une autre caractéristique de l ' invention consiste en ce que l'élément conducteur thermique, constituant le moyen conducteur thermique 14 , est réalisé en un matériau métallique ou en un matériau contenant un métal, plus particulièrement un matériau composite de type métallique .
Un mode préféré de réalisation consiste en ce que cet élément conducteur thermique est réalisé en acier, en cuivre ou en un alliage de cuivre . Finalement, on observera que le dispositif de vaporisation 6 est complété par un moyen de gestion de son fonctionnement (non représenté) conçu apte, d'une part, à gérer son alimentation en carburant (plus particulièrement par le moyen d'alimentation 11 susmentionné) et, d'autre part, à gérer son alimentation en énergie électrique pour la mise en température de l ' élément chauffant 8 ainsi que du conducteur thermique 14.
A ce propos, on observera que ce moyen de gestion est, de préférence , conçu pour alimenter en énergie électrique l ' élément chauffant 8 avant d'assurer l'introduction du carburant dans la chambre de vaporisation 7. De manière préférentielle , ce moyen de gestion est conçu pour alimenter électriquement cet élément chauffant 8 suffisamment en avance , avant introduction du carburant, pour que le conducteur thermique 14 ait atteint une température appropriée permettant assurer la vaporisation de ce carburant dès son introduction dans la chambre de vaporisation 7.
Tel qu'évoqué ci-dessus, un tel dispositif 6 de vaporisation est associé à un élément d'échappement d'une ligne d'échappement 1 constitué par un catalyseur, plus particulièrement par un catalyseur d ' oxydation 2. L ' invention concerne , alors , également, un tel élément d'échappement comportant un tel dispositif de vaporisation 6 présentant les caractéristiques décrites ci-dessus .

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (6) pour vaporiser un carburant, notamment du gasoil , ceci avant son introduction dans un élément d'échappement (2, 3) que comporte une ligne d'échappement (1) d'un véhicule à moteur thermique, ce dispositif (6) de vaporisation comportant, d'une part, une chambre de vaporisation
(7) , d'autre part, un élément chauffant (8) conçu pour vaporiser le carburant et implanté à l ' intérieur de la chambre de vaporisation (7) et, d'autre part encore, un moyen (9) pour l'arrivée du carburant dans la chambre de vaporisation (7) ainsi qu'un moyen (12) pour la sortie du carburant vaporisé hors de la chambre de vaporisation (7), caractérisé par le fait qu'il comporte , de plus et à l ' intérieur d ' une partie au moins de la chambre de vaporisation (7) au moins comprise entre l'élément chauffant (8) et le moyen (9) d'arrivée du carburant, un moyen (14) pour conduire la chaleur produite par l'élément chauffant (8) dans cette partie de la chambre de vaporisation (7) et de cet élément chauffant (8) jusqu'au moyen (9) d'arrivée du carburant .
2. Dispositif (6) de vaporisation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen conducteur de chaleur (14) s'étend au moins entre l'élément chauffant (8) et le moyen (9) d'arrivée de carburant, plus particulièrement à partir de cet élément chauffant (8) jusqu'à ce moyen (9) d'arrivée du carburant .
3. Dispositif (6) de vaporisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le moyen (14) conducteur thermique est implanté dans l'intégralité de la chambre de vaporisation (7) .
4. Dispositif (6) de vaporisation selon l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé par le fait que le moyen (14) conducteur thermique est constitué par un élément conçu pour présenter une conductivité thermique supérieure à 20 W/m/K et étant, de préférence, réalisé en un matériau métallique ou en un matériau contenant un métal .
5. Dispositif (6) de vaporisation selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'élément, constituant le moyen conducteur thermique (14) , présente une conductivité thermique comprise entre 20 et 35 W/m/K, de préférence de l'ordre de 27 W/m/K, et est, de préférence, réalisé en acier.
6. Dispositif (6) de vaporisation selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'élément, constituant le moyen conducteur thermique (14) , présente une conductivité thermique comprise entre 350 et 450 W/m/K, de préférence de l'ordre de 370 à 400 W/m/K, et est, de préférence, réalisé en cuivre ou en alliage de cuivre .
7. Dispositif (6) de vaporisation selon l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé par le fait que le moyen conducteur thermique (14) est constitué par un élément conducteur thermique de type non tissé .
8. Dispositif (6) de vaporisation selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'élément conducteur thermique non tissé est constitué par au moins un fil rond ou, et de préférence, plat.
9. Dispositif (6) de vaporisation selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'élément conducteur thermique non tissé est constitué par une multitude de fils adoptant, chacun, la forme d ' une fibre , d ' un brin ou d ' un copeau .
10. Dispositif (6) de vaporisation selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait que ce ou ces fils, à l'intérieur de la chambre de vaporisation (7), sont distribués au moins en partie de manière erratique et/ou sont agencés au moins en partie de manière enchevêtrée .
11. Dispositif (6) de vaporisation selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé par le fait que l'élément conducteur thermique non tissé est constitué par un assemblage d'une multitude de fils conformé en sorte, d'une part, de remplir, au moins en partie, la chambre de vaporisation (7) et, d'autre part, de recevoir l'élément chauffant (8) .
12. Dispositif (6) de vaporisation selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé par le fait que l'élément conducteur thermique non tissé présente un état de surface rugueux .
13. Dispositif (6) de vaporisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le moyen conducteur thermique (14) est constitué par un élément conducteur thermique de type poreux.
14. Dispositif (6) de vaporisation selon la revendication 13, caractérisé par le fait que le moyen conducteur thermique est constitué par une mousse .
15. Dispositif (6) de vaporisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément conducteur thermique, constituant le moyen conducteur thermique (14) , est réalisé en un matériau métallique ou en un matériau contenant un métal .
16. Elément d'échappement, notamment constitué par un catalyseur (2), plus particulièrement un catalyseur d'oxydation, que comporte une ligne d'échappement (1) d'un véhicule à moteur thermique, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif (6) de vaporisation conforme aux revendications précédentes.
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