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WO2007125230A1 - Dispositif d'injection d'un agent reducteur dans un conduit d'echappement - Google Patents

Dispositif d'injection d'un agent reducteur dans un conduit d'echappement Download PDF

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Publication number
WO2007125230A1
WO2007125230A1 PCT/FR2007/051014 FR2007051014W WO2007125230A1 WO 2007125230 A1 WO2007125230 A1 WO 2007125230A1 FR 2007051014 W FR2007051014 W FR 2007051014W WO 2007125230 A1 WO2007125230 A1 WO 2007125230A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reducing agent
exhaust duct
exhaust
injection
injector
Prior art date
Application number
PCT/FR2007/051014
Other languages
English (en)
Inventor
Bertrand Fasolo
Original Assignee
Renault S.A.S
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault S.A.S filed Critical Renault S.A.S
Publication of WO2007125230A1 publication Critical patent/WO2007125230A1/fr

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    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
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    • F01N2240/20—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
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    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1453—Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus

Definitions

  • the present invention relates, in the field of internal combustion engines, in particular of the Diesel type, to an injector of a reducing agent (for example, hydrocarbon) in an exhaust duct forming part of an anti-pollution device for the flue gases.
  • a reducing agent for example, hydrocarbon
  • the invention relates more particularly to an injector disposed in an exhaust duct making it possible to promote the heat exchange between the flue gases and the injected reducing agent and to improve the homogeneity of their mixture, while reducing the time required to achieve it.
  • pollution control devices comprising filter elements, for example, particulate filters.
  • catalysts for example oxidation catalysts
  • Such an oxidation catalyst can be placed in the exhaust duct downstream of the filter element (FAP) with respect to the direction of the flue gas flow.
  • the catalytic material may be disposed directly within the particulate filter which is then called the catalytic particle filter (FAPC).
  • FAP filter element
  • FAPC catalytic particle filter
  • the burned gases are enriched in hydrocarbon by modifying the engine settings, for example:
  • a reducing agent for example, a hydrocarbon such as the fuel used by the engine, the alcohol, etc.
  • a hydrocarbon such as the fuel used by the engine, the alcohol, etc.
  • an injector specifically dedicated to this task and placed upstream of the catalyst with respect to the direction of the flue gas flow.
  • the gas oil injected directly into the exhaust duct reacts in the oxidation catalyst producing the heat.
  • the latter makes it possible to reach the temperature of the order of 650 ° C necessary for the combustion of the particles in the particulate filter (FAP).
  • the reducing agent may be of a different chemical nature from that of a hydrocarbon.
  • SCR Standard Selective Catalytic Reduction
  • the presence of the injector in the exhaust pipe then becomes unavoidable because the urea is incompatible with the fuel and can not therefore pass through the engine.
  • the injection of the reducing agent operates perpendicular to the preferred axis (for example, the axis of symmetry) of the exhaust duct.
  • the penetrating liquid or atomized jet for example under pressure, inside the exhaust duct does not have sufficient time to mix with the flue gases. Crossing the exhaust duct, the jet then impacts the inner wall of the exhaust duct vis-à-vis the injector by creating a liquid film flowing to the catalyst.
  • the burned gas / reducing agent mixture downstream of the injector and upstream of the catalyst is therefore not homogeneous.
  • the intensity of the chemical reaction then differs from one part to another of the catalyst.
  • the reducing agent injector is implanted inside the exhaust duct at the inlet of the filter. particles (FAP) so that the preferred axis of the injector, for example its axis of symmetry, coincides with the preferred axis of the exhaust duct, for example, with the axis of symmetry of the exhaust duct.
  • the injector has at its end a diffuser to generate a jet of reducing agent oriented towards the particulate filter (FAP).
  • the diffuser is provided with an injection channel whose preferred axis, for example, the axis of symmetry of the diffuser, coincides with the preferred axis of the exhaust duct, for example, the axis of symmetry of the duct exhaust.
  • the reducing agent is an emulsion comprising a hydrocarbon and a water-based catalyst solution.
  • the injection of the reducing agent takes place in the exhaust duct downstream of the injector relative to the direction of flow of the flue gases.
  • the jet generated by the diffuser and leaving the injection channel arranged in the body of the diffuser is always oriented in the direction of the flue gas flow.
  • the diffuser is equipped with means that can change an angle of the opening of the reducing agent jet leaving the injection channel.
  • the diffuser can spray homogeneously and independently of the flow of the flue gases in the exhaust duct, the entire wall of the filter element at the inlet (relative to the direction of the flue gas flow) particle filter (FAP).
  • the injector has at its end a nozzle to generate the jet of reducing agent in the exhaust duct. This end is extended towards the inside of the exhaust duct by a diffuser.
  • the latter is provided with an injection channel whose preferred axis, for example, the axis of symmetry, is inclined or even parallel with respect to the preferred axis of the exhaust duct, which improves the mixing " flue gas / reducing agent "(column 8, lines 26-28, column 10, lines 2-4).
  • the diffuser may be equipped with means increasing the speed and / or the swirling of the outgoing jet thus further promoting the mixing of the reducing agent with the flue gases (column 9, lines 5-6).
  • the injection is carried out in the exhaust duct downstream of the injector with respect to the direction of flow of the flue gases (column 7, FIG. lines 56-58, column 8, lines 13-15, 23-25, 53-56, column 9, lines 37-43).
  • the device according to EP 1 314 864 A1 has the same disadvantages as those discussed above in connection with the device according to JP 61 164017.
  • Another injection geometry dealing with the problem of blast gas / reducing agent mixture is described in the Japanese patent.
  • the reducing agent injector is implanted in an elbow of the line exhaust.
  • the injector has at its end a diffuser to generate the reducing agent stream.
  • This diffuser is extended towards the inside of the elbow.
  • the diffuser is provided with an injection channel whose preferred axis, for example, the axis of symmetry of the diffuser, coincides with the preferred axis of the exhaust duct downstream of the elbow with respect to the direction of the flue gas flow.
  • the device according to JP 2005 214100 has a grid in the exhaust duct downstream of the elbow with the injector relative to the direction of the flue gas flow. .
  • the grid is oriented perpendicular to the preferred axis of the exhaust duct downstream of the elbow with the injector and closes completely.
  • the gate is disposed in the exhaust duct downstream of the injector, so as to trap the set of reducing agent leaving the diffuser in the form of the jet.
  • the grid is oriented perpendicularly to the preferred axis of the injector.
  • the reducing agent jet is oriented perpendicularly to the grid.
  • the grid forms an obstacle to the flow of burnt gases in the exhaust duct.
  • the cold operating period a relatively short period, called the cold operating period, from the start of the engine until the temperature of the engine exceeds a predetermined temperature threshold, for example 90 ° C. , to reach the so-called normal operating temperature of the engine.
  • a predetermined temperature threshold for example 90 ° C.
  • the antipollution devices become operational only from a certain predetermined temperature, for example, of about 300 ° C.
  • the devices according to JP 61 164017, EP 1 314 864 A1 and JP 2005 214100 do not meet the particular needs of the antipollution device installed in the exhaust duct during cold start. They do not provide any relevant education that could reduce pollutant emissions in the exhaust line during the cold engine operating period and suggest no solution to this effect.
  • the problem of reducing polluting emissions during the period of operation of the cold engine is dealt with in European patent EP 0 594 794 B1.
  • the proposed solution concerns an internal combustion engine with injection and spark ignition. The idea is to reduce the richness of the air / fuel mixture at the intake of the engine by preheating the fuel with a heating element disposed in an intake duct upstream of an intake valve. (Column 1, lines 26-40, column 2, lines 44-46).
  • the heating element is in the form of an enameled metal plate, on which is printed a current-conducting material (column 2, lines 56-58, column 3, lines 1-2).
  • the device according to EP 0 594 794 B1 acts upstream of the engine and provides no relevant teaching with respect to antipollution devices installed in the exhaust line downstream of the engine that can reduce the pollutant emissions in the flue gases .
  • the case of a diesel engine is not treated or even mentioned in EP 0 594 794 B1.
  • the present invention therefore aims to overcome one or more of the disadvantages of the prior art by providing an injector disposed in an exhaust duct to promote heat exchange between the flue gases and the exhaust gas. reducing agent injected and improve the homogeneity of their mixture, while reducing the time required to achieve it.
  • the invention relates to an injection device for injecting a reducing agent into a flue gas flow, on the one hand, formed in an exhaust duct downstream of an internal combustion engine and, on the other hand, on the other hand, directed from the engine exit to the exit of the exhaust line, comprising
  • At least one injector connected to the source of reducing agent and formed by at least one injection channel of the reducing agent opening into the exhaust duct, the preferred axis of the injection channel being inclined by angle ⁇ with respect to the preferred axis of the exhaust duct,
  • the injection device comprises a mixing obstacle disposed in the exhaust duct in upstream of the injector with respect to the direction of flow of the flue gases at a predetermined distance from the injection channel.
  • the opening of the injection channel is disposed at the end of the injector opening into the exhaust duct so that the axis of the reducing agent jet coming from the injection channel is oriented in the opposite direction to that of the flue gas flow in the exhaust duct.
  • the mixing obstacle forms a trap means of reducing agent.
  • the exhaust duct is closed by the body forming the mixing obstacle.
  • the mixing obstacle is formed by a body permeable to the flow of burnt gases in the exhaust duct.
  • the mixing obstacle is formed by at least a portion of a turbine arranged in the exhaust duct.
  • the turbine produces downstream a net of burned gas of predetermined power and this net of burned gas impacts the jet of reducing agent from the injection channel of the injector to another predetermined distance upstream of the injection channel.
  • the injector is disposed in an L-shaped bend made by joining the two portions of the exhaust duct, the preferred axes of these two portions forming an angle ⁇ , and the preferred axis of the duct. injection is oriented against the flow of burnt gas in the portion of the exhaust duct upstream of the elbow and forms an acute or zero angle ⁇ with the preferred axis of this portion.
  • the opening of the injection channel is disposed at the end of the injector opening into the exhaust duct so that the axis of the reducing agent jet coming from the injection channel is oriented in the opposite direction to that of the flue gas flow burned in the portion of the exhaust duct upstream of the L-shaped bend and coincides with the preferred axis of this portion.
  • At least one exhaust gas control device is arranged in the portion of the exhaust duct downstream of the L-shaped bend to another predetermined distance from the injection channel.
  • the antipollution device of the exhaust gas comprises means for assessing its fouling state communicating with the means for activating the reducing agent jet, and the moment and / or the duration of the reducing agent injection is regulated by the means for activating the reducing agent jet as a function of the fouling state of the exhaust gas control device.
  • the antipollution device of the exhaust gas comprises means for assessing its regeneration state communicating with the means for activating the reducing agent jet, and the moment and / or the duration of the injection. of reducing agent is regulated by the means for activating the reducing agent jet as a function of the regeneration state of the exhaust gas control device.
  • the injection channel opening into the exhaust duct is disposed at the end of the injector, this end forming a projecting body inside the exhaust duct.
  • the mixing obstacle is inclined at an angle ⁇ ⁇ ⁇ 180 ° with respect to the preferred axis of the exhaust duct.
  • the invention has an injection device for injecting a reducing agent into a flue gas flow formed in an exhaust duct.
  • the injection is carried out using an injector arranged in a bend of the exhaust duct between a turbine and an antipollution device.
  • the injection is carried out against the current, that is to say, upstream of the injector relative to the direction of the flue gas flow, preferably directly on a wheel of the turbine closing the duct exhaust.
  • the device according to the invention comprises the exhaust duct (1) having at least two portions (1 1, 10). Their junction forms at least one L-shaped bend (5). The latter is such that the preferred axes of these two portions (1 1, 10), by For example, their respective axes of symmetry (AB), (EF) form an angle ⁇ , for example a right angle ⁇ (FIGS. 1, 3). In a variant of the embodiment of the invention not shown in the figures, the angle ⁇ may be acute or obtuse.
  • the exhaust duct (1) carries burnt gases (G) between an outlet (S1) of an internal combustion engine (M), for example a diesel engine, and an outlet (S2) of the combustion line. exhaust. The flow direction of the flue gases is indicated:
  • the exhaust duct (1) is in the form of a tubular body whose section in the plane perpendicular to the privileged axis (AB), (EF) of the duct (1) can have any profiles compatible with the flow of a fluid such as an exhaust gas.
  • An injector (2) for injecting a reducing agent (eg, hydrocarbon, urea) into the exhaust duct (1) directly into the flue gas stream (G) is disposed in the bend (5) in L shape
  • the injector (2) is connected to at least one source (6) of reducing agent.
  • the injector (2) comprises at least one injection channel (3) of the reducing agent opening into the exhaust duct (1).
  • the jet of the reducing agent penetrating into the exhaust duct (1) via the injection channel (3) is shown schematically in FIGS. 1-2 with the aid of two double-dashed lines referenced (HC). The angle of the opening of the jet (HC) is illustrated using the reference ( ⁇ ).
  • the injection channel (3) has a privileged axis (CD). In the example illustrated in FIGS. 1 to 3, the preferred axis (CD) of the injection channel (3) merges:
  • the preferred axis (CD) of the injection channel (3) is advantageously oriented against the flue gas flow (G) in the portion (11) of the exhaust duct (1) upstream of the elbow (5).
  • the preferred axis (CD) of the injection channel (3) coincides with the preferred axis (AB) of this portion (1 1).
  • the preferred axis (CD) of the injection channel (3) is inclined at an angle ⁇ , for example acute, with respect to the privileged axis (AB) of the portion (1 1) of the exhaust duct (1) upstream of the elbow (5).
  • the injection channel (3) opening into the exhaust duct (1) is arranged at the end (4) of the injector (2), this end (4) ) forming a projecting body inside the exhaust duct (1).
  • This end (4) can be formed, for example, using a diffuser of the type described in Japanese Patent JP 61 164017 equipped with means that can change the angle of the opening ( ⁇ ) of the agent jet reducer leaving the injection channel (3).
  • the end (4) of the injector (2) according to the invention can be formed, for example, using a diffuser of the type described in the state of the art of the application for European patent EP 1 314 864 A1.
  • the architecture of the injector (2) corresponds to that detailed, for example, in the European patent application EP 1 314 864 A1.
  • the injector (2) comprises at least one means for activating a reducing agent jet (HC) originating from the source (6) of reducing agent via the injection channel (3) in the conduit of exhaust (1).
  • At least one emission control device (C, FAP) for the exhaust gases is arranged in the portion (10) of the exhaust duct (1) downstream of the L-shaped elbow (5) with respect to the direction of flow of the exhaust gases. burnt gas.
  • the pollution control device comprises at least one module, for example a particle filter (FAP) and / or a NO x trap and / or a SCR module (English Selective Catalytic Reduction) and / or another similar device. These are the anti-pollution means known to those skilled in the art for reducing the pollutant emissions (NO x , SO x , particles, etc.) during the passage of the exhaust duct by the exhaust gases leaving the engine (M) at internal combustion.
  • the pollution control device comprises at least two modules, namely, the particulate filter (FAP) and a catalyst (C) for regeneration of the pollution control device, for example, a catalyst (C ) oxidation.
  • the latter is disposed upstream of the particulate filter (FAP) with respect to the flow direction of the flue gas and downstream of the L-shaped bend (5).
  • the injection channel (3) of the injector (2) opening into the exhaust duct (1) is arranged at a predetermined distance (X) from the catalyst (C), as shown in FIGS. 1 and 3.
  • predetermined distance (X) is measured between the jet source (HC) formed by the exit or opening of the injection channel (3) and the catalyst inlet (C).
  • the jet source (HC) is located at the end (4) of the injector (2) forming the projecting body inside the exhaust duct (1) .
  • the antipollution device (C, FAP) of the exhaust gas comprises means for assessing its state of fouling (P). This is, for example, a sensor (P) measuring a differential pressure at the input and output terminals of the particulate filter (FAP), as shown schematically in FIGS. 1 to 3.
  • the means for assessing its state of fouling (P) communicates with the means for activating the jet (HC) of reducing agent.
  • the time and / or duration of the reducing agent injection can be advantageously regulated (e) by the means for activating the jet (HC) of reducing agent as a function of the fouling state of the emission device (C, FAP) of the exhaust gases.
  • the emission device (C, FAP) of the exhaust gases comprises means for assessing its regeneration state (7, 8) communicating with the jet activation means ( HC) of reducing agent.
  • This is, for example, a temperature sensor (7) positioned upstream of the catalyst (C) and another temperature sensor (8) positioned at the inlet of the particulate filter (FAP).
  • the communication between the means for activating the jet (HC) of reducing agent, the means for assessing the state of fouling (P) of the anti-pollution device (C, FAP), the means for assessing the regeneration state (7, 8) of the emission device (C, FAP) of the exhaust gas is operated via a vehicle management equipment. In another embodiment of the invention, only some of these means communicate with each other via vehicle management equipment.
  • This management equipment conventionally comprises a computer equipped with a microprocessor processing unit of the CPU type (English Computer Processing Unit).
  • the calculator has a layered architecture. It is associated with different sensors measuring physical quantities, for example, sensors directly or indirectly measuring the fouling state of the exhaust emission control device.
  • the computer CPU
  • the control and control means The latter can therefore be activated by the computer and can control various systems and circuits of the vehicle, for example, control an injection system at the engine intake. (M), the activation of the reducing agent jet (HC) of the injector (2), the latter being part of the vehicle exhaust system, etc.
  • the sensors, the computer as well as the control and control means may comprise essentially electronic objects with microcircuit and memory having or not a multi-layer architecture and / or acquisition cards and / or transmission-reception of data which can communicate with each other and / or with other elements of the vehicle by means of a network, for example, a network compatible with the so-called CAN protocol, a wireless network compatible with short-range technology, and that is, essentially a few tens of meters, for example, a Bluetooth radio technology or other wave data technology based on a portion of the frequency spectrum (and wavelengths) other than the part of the spectrum called "radio".
  • a network for example, a network compatible with the so-called CAN protocol, a wireless network compatible with short-range technology, and that is, essentially a few tens of meters, for example, a Bluetooth radio technology or other wave data technology based on a portion of the frequency spectrum (and wavelengths) other than the part of the spectrum called "radio".
  • the opening of the injection channel (3) is arranged at the end (4) of the injector opening into the exhaust duct (1) so that the the axis of the reducing agent jet (HC) coming from the injection channel (3) is oriented in the opposite direction to that of the flue gas flow (G) in the portion (1 1) of the exhaust duct ( 1) upstream of the elbow (5) L-shaped and coincides with the preferred axis (AB) of this portion (1 1).
  • the relative positioning of the injector (2) with respect to the exhaust duct (1) can be arbitrary, the precise orientation of the opening of the injection channel (3) being ensured by the end ( 4) of the injector (2).
  • at least a portion of the injector (2) can be placed outside the wall of the exhaust duct (1) outside the latter, as shown schematically in Figures 1 to 3.
  • the injection device advantageously comprises a mixing obstacle (T) distinct from the injector (2).
  • the mixing obstacle (T) is arranged in the exhaust duct, for example upstream of the injector (2) with respect to the flow direction of the flue gas (G), and cooperates with the injector (2) and the flue gas flow (G).
  • the mixing obstacle (T) is arranged in the portion (1 1) of the exhaust duct (1) connecting the output (S1) of the motor (M) with the bend (5) shaped
  • the preferred axis of the mixing obstacle (T) coincides with the privileged axis (AB) of the exhaust duct (1).
  • the preferred axis of the mixing obstacle (T) is parallel to the preferred axis (AB) of the exhaust duct
  • the mixing obstacle (T) is a body, for example, two-dimensional or three-dimensional, with a privileged plane (OP).
  • the latter is inclined at an angle ⁇ ⁇ ⁇ 180 ° with respect to the preferred axis of the portion (1 1) of the exhaust duct (1) connecting the output (S1) of the motor (M) (by example its axis of symmetry (AB)) with the elbow (5) in the form of L.
  • the mixing obstacle (T) is therefore disposed in the exhaust duct (1) at least partially through the flow of the burned gases (BOY WUT).
  • the exhaust duct (1) connecting the output (S1) of the engine (M) with the elbow (5) in the form of L.
  • the exhaust duct (1) is closed at least partially by the body forming the mixing obstacle (T) .
  • the exhaust duct (1) is closed completely by the body forming the mixing obstacle (5).
  • the body forming the mixing obstacle (T) is permeable (for example, porous) or not to the flue gas flow (G).
  • the body forming the mixing obstacle (T) is impervious to the flow of the flue gases (G), for example the body in the form of a metal plate, it can not close off the exhaust duct (1). ) only partially.
  • the flue gases can still pass through the exhaust duct (1) without the back pressure created in exhaust pipe (1) by the body impervious to the flow of flue gas (G) forming the mixing obstacle (T), exceeds a predetermined threshold reducing the efficiency of the motor beyond a certain predefined limit.
  • the body forming the mixing obstacle (T) may have shape portions, for example corrugated, curved or the like, favoring the formation of vortices (and / or turbulence level ) in the flue gas flow downstream of the mixing obstacle (T).
  • the mixing obstacle (T) is arranged at a predetermined distance (Y) from the injector (2).
  • This predetermined distance (Y) is measured along the preferred axis of the portion (11) of the exhaust duct (1) connecting the output (S1) of the motor (M) with the elbow (5) L-shaped , for example along the axis of symmetry (AB) of the portion (1 1).
  • the predetermined distance (Y) is measured between the source of the jet (HC) formed by the exit or the opening of the injection channel (3) and the point of intersection of the preferred plane (OP) of the mixing obstacle ( T) with the preferred axis (AB) of the exhaust duct (1).
  • the predetermined distance (Y) between the injector (2) and the mixing obstacle (T) can be chosen so that the jet (HC) of reducing agent leaving the injection channel forms a fluid connection between the injector (2) and the mixing obstacle (T).
  • the predetermined distance (Y) between the injector (2) and the mixing obstacle (T) can be chosen according to parameters such as, for example, the flow rate of the flue gas (G) in the duct of exhaust (1), the flow rate of reducing agent via the injection channel (2), the angle ( ⁇ ) of the opening of the jet (HC) etc., so that the mixing obstacle (T) forms trap means of the reducing agent.
  • the mixing obstacle (T) is arranged at another predetermined distance (not shown in the figures) from the catalyst (C) in the direction of flue gas flow (G). This other predetermined distance is measured along the preferred axis of the exhaust duct (1), between the point of intersection of the preferred plane (OP) of the mixing obstacle (T) with the preferred axis of the duct. exhaust (1) and the catalyst inlet (C).
  • the predetermined distance between the mixing obstacle (T) and the catalyst (C) is chosen as a function of the parameters such as, for example, the flow rate of the flue gases in the exhaust duct (1), the flow rate of reducing agent via the injector (2), the temperature of the mixing obstacle (T), etc., so as to guarantee a homogeneous mixture (GHC) "flue gas / reducing agent" at the inlet of the catalyst (C).
  • GHC homogeneous mixture
  • the preferred axis of the injection channel (CD) is inclined at an angle ⁇ , for example obtuse, with respect to the privileged plane (OP) of the mixing obstacle (T).
  • This angle of inclination ⁇ is chosen by taking into account the angle ( ⁇ ) of the opening of the jet (HC), so as to avoid any deposit of a liquid film of the reducing agent on the inner wall of the duct exhaust (1) may interfere with the proper operation of the catalyst (C).
  • the angle of inclination ⁇ between the preferred axis of the injection channel (CD) and the preferred plane (OP) of the mixing obstacle (T) must be such that the mixing obstacle ( T) continues to form a trap means of the reducing agent.
  • the mixing obstacle (T) comprises one or more of the following means cooperating or not between them and / or with other means of the injection device: (a) heating means of the mixing obstacle (T), for example similar those described in European Patent EP 0 594 794 B1; (b) means for activating the heating means of the mixing obstacle (T); (c) means for assessing the temperature of the mixing obstacle (T).
  • the mixing obstacle (T) is formed by a grid (not shown in the figures) of conductive material or not of an electric current.
  • the mixing obstacle (T) is formed by at least a part of a turbine (T) arranged in the exhaust duct (1), for example, a wheel of the turbine (T).
  • the rotation of the turbine wheel (T) driven by the flow of the burned gases makes it possible to act as a mixer swirling the flue gases so as to increase the turbulence of the flow at the outlet of the turbine.
  • the rotation of the turbine wheel (T) makes it possible to centrifuge the liquid reducing agent film spilled by the jet (HC) of the injector (2) onto at least some elements of the impeller wheel ( T), for example on its blades.
  • the turbine wheel (T) and, in particular its blades, is in direct contact with the flue gases leaving the output (S1) of the engine (M) as soon as the engine (M) starts. Thanks to the heat exchange between the burnt gases and the turbine wheel (T) the latter is heated almost instantly after the cold start of the engine.
  • the reducing agent from the jet (HC) and landing directly on the hot parts of the wheel (blades) evaporates more quickly, especially during the period of operation of the engine cold.
  • the mixture of the flue gas is therefore advantageously used with the reducing agent in the gas phase. This results in the high homogeneity of this mixture (GHC) downstream of the L-shaped bend (5) at the inlet of the catalyst (C).
  • the mixing obstacle (T) is formed by the grid according to the invention installed upstream of the injector (2) at a predetermined distance from the injector and downstream of the turbine (T) with respect to the flow direction of the flue gases.
  • the mixing obstacle (T) is formed by the turbine wheel (T) which has in its portion facing the injector (2) the grid connected to the body of the turbine and / or the inner wall of the exhaust duct (1).
  • the grid whether or not part of the turbine forms a shield protecting, for example, the vanes of the turbine wheel (T) of the jet (HC), so that the liquid film of reducing agent discharged by the jet (HC) of the injector (2) is formed on the grid instead of forming on the wheel of the turbine.
  • the capacity of the gate to catch drops of the liquid phase of the jet (HC) of reducing agent varies according to the angle between the gate and the preferred axis (CD) of the injection channel (3). Indeed, when the jet (HC) of reducing agent is perpendicular to the grid, the latter appears as a substantially two-dimensional object.
  • the actual contact area between the gate and the liquid phase of the jet (HC) used to catch the drops of the liquid phase of the jet (HC) is reduced to only the connection nodes of the gate.
  • the jet (HC) of reducing agent is inclined with respect to the grid, the substantially two-dimensional structure of the grid is completed by the third dimension, namely, the thickness of the grid.
  • the thickness of the grid therefore contributes to increasing the actual contact area between the grid and the liquid phase of the jet (HC), which further strengthens the capacity of the grid to catch the drops of the liquid phase of the jet (HC) of reducing agent.
  • the advantage of this variant embodiment is to avoid aggression, for example of chemical or mechanical nature, the sensitive elements of the turbine (T), for example, its wheel, its blades, by the reducing agent and / or the uncontrollable formation of the rigid deposit (oxidation cluster) of reducing agent on the vanes of the wheel may disturb the balance of the wheel at high rotational speeds.
  • the grid may be made of conductive material or not of an electric current. Thus, it can be heated, for example continuously, to promote faster evaporation of the liquid reducing agent film present on the grid. In another variant of this embodiment, the grid may be heated, for example in a punctual manner to promote faster evaporation of the liquid reducing agent film present on the grid only during operation of the engine (M) when cold. .
  • FIG. 3 Another embodiment of the invention is shown diagrammatically in FIG. 3.
  • the mixing obstacle (T) is represented by the single turbine (T) which produces downstream a net (G T ) of burnt gas of power. predetermined.
  • This net (G T ) of burnt gas is shown schematically with the aid of a corresponding arrow in triple line downstream of the turbine (T).
  • the jet of the reducing agent penetrating into the exhaust duct (1) via the injection channel (3) is represented in FIG. 3 with the aid of a referenced solid arrow (HC).
  • the flow rate of the injector (2) through the channel (3) is regulated according to the speed and / or temperature of the flue gas flow (G) upstream of the turbine (T) and / or the power of the net (G T ) of flue gases (G) downstream of the turbine (T) in the exhaust duct (1).
  • This regulation of the jet flow (HC) is operated so as to allow a total dispersion of the reducing agent jet (HC) in the flue gas flow (G) upstream of the injector (2) relative to the direction flue gas flow (G) before reaching an inner wall of the exhaust duct (1), or the mixing obstacle (the impeller wheel (T)).
  • the impeller wheel (T) no liquid film that can disrupt the proper operation of the catalyst (T) is created on the inner wall of the exhaust duct (1).
  • the embodiments of the invention described above have several other strengths compared to the state of the art. Indeed, the vector (or its projection) of the flow rate of the flue gases (G) on the preferred axis of the exhaust duct (1), for example, the axis of symmetry (AB) of the portion (11) connecting the output (S1) of the engine ( M) with the L-shaped bend (5), and the vector (or its projection) of the speed of the jet (HC) of reducing agent on this same preferred axis are directly opposite. Their result is therefore greater than each of these two projections.
  • shock (K) shown in Figure 3 between the jet (HC) of reducing agent launched along the preferred axis (CD) of the injection channel (3) of the injector (2) to encountering the flue gas flow (G) moving along the axis of symmetry (AB) of the portion (11) connecting the output (S1) of the motor (M) with the elbow (5) L-shaped is in no way amortized by the speed of the flue gas flow (G) (or that of the net (G T )), but, on the contrary, is increased by it.
  • the increase in turbulence of the flow in the exhaust duct (1) makes the diffusion of the reducing agent in the flow of the flue gas (G) more homogeneous.
  • the liquid phase of the reducing agent is thus dispersed more finely (the average size of the liquid particles of the reducing agent is therefore lowered).
  • GHC gaseous phase of the mixture
  • the effective contact area between the liquid phase and the gaseous phase of the mixture (GHC) increases, thereby reducing the evaporation time of the reducing agent and, therefore, ultimately, the time required to mix the mixture.
  • reducing agent with the flue gases in particular during the cold running of the engine (M).
  • the increase in flow turbulence improves the exchange, for example thermal, between the flue gases and the reducing agent. This is also favorable to reducing the evaporation time of the reducing agent and, therefore, ultimately reducing the time required to mix the reducing agent with the flue gases.
  • the mixing obstacle (T) heating it is possible to increase the heat exchange by heating the mixing obstacle (T) which evaporates the reducing agent more quickly. This is the case of the heated grid. The same is true for the vanes of the turbine wheel heated by the flue gases from the first moments following the cold start of the engine (M).
  • the temperature of the mixture increases more rapidly, which favors the faster operation of the antipollution device downstream of the mixing obstacle (T), especially during the cold start of the engine (M). It is therefore possible to reduce the amount of reducing agent injected into the conduit (1) via the injector (2) by ultimately reducing the consumption of reducing agent.
  • the shock (K) between the agent jet (HC) and the flue gas flow occurs substantially upstream of the injector (2), i.e., at a distance from the catalyst ( C) greater than that (X) predetermined between the injector (2) and the catalyst (C), as mentioned above.
  • the distance traveled by the mixture "flue gas / reducing agent" (GHC) before reaching the catalyst (C) is longer than that (X) separating the catalyst (C) from the injector (2).
  • the reducing agent introduced via the injector (2) according to the invention therefore has more time to mix with the flue gas (G) before reaching the catalyst inlet (C). This is particularly important during cold engine operation (M).
  • the reducing agent is distributed over the entire homogeneously permeable body surface by facilitating the mixing of reducing agent with the flue gas passing through the mixing obstacle (T).

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Abstract

Dispositif d'injection d'un agent réducteur dans un écoulement des gaz formé dans un conduit d'échappement (1) et orienté vers la sortie (S1) de la ligne d'échappement, comportant : un injecteur (2) relié à une source (6) d'agent réducteur et formé par un canal d'injection (3) de l'agent réducteur débouchant dans le conduit d'échappement, l'axe privilégié (CD) du canal d'injection étant incliné d'un angle par rapport à l'axe privilégié (AB) du conduit d'échappement; un moyen d'activation (CPU) d'un jet d'agent réducteur via le canal d'injection, caractérisé en ce que l'axe privilégié du canal d'injection est orienté à rencontre de l'écoulement de gaz (G) dans le conduit d'échappement et forme un angle aigu ou nul avec l'axe privilégié du conduit d'échappement et le dispositif d'injection comprend un obstacle mélangeur (T) disposé dans le conduit d'échappement en amont de l'injecteur par rapport au sens d'écoulement des gaz.

Description

Dispositif d'injection d'un agent réducteur dans un conduit d'échappement
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
La présente invention concerne, dans le domaine des moteurs à combustion interne, notamment du type Diesel, un injecteur d'un agent réducteur (par exemple, hydrocarbure) dans un conduit d'échappement faisant partie d'un dispositif antipollution des gaz brûlés.
L'invention concerne plus particulièrement un injecteur disposé dans un conduit d'échappement permettant de favoriser l'échange thermique entre les gaz brûlés et l'agent réducteur injecté et d'améliorer l'homogénéité de leur mélange, tout en réduisant le temps nécessaire pour y parvenir.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les contraintes dues aux normes, par exemple les normes européennes dites Euro V, relatives aux niveaux des émissions polluantes liées au fonctionnement des moteurs à combustion interne, notamment Diesel, deviennent de plus en plus sévères, notamment en ce qui concerne les émissions des suies polluantes dites particules, d'oxyde d'azote, NOx, d'oxyde de souffre, SOx, etc.
De manière connue, pour réduire le niveau des émissions polluantes, les constructeurs des véhicules utilisent des dispositifs antipollution comprenant des éléments filtrants, par exemple, des filtres à particules
(FAP), des pièges à NOx, installés en aval de la sortie moteur dans la ligne d'échappement. L'accumulation de particules dans l'élément filtrant finit par le boucher en créant une forte contre-pression dans la ligne d'échappement ce qui diminue considérablement les performances du moteur. Ainsi, la principale difficulté relative au bon fonctionnement de ces éléments filtrants réside dans la nécessité de régénérer périodiquement les pollutions qui s'y déposent.
Pour résoudre ce problème, on utilise généralement des catalyseurs, par exemple des catalyseurs d'oxydation. Un tel catalyseur d'oxydation peut être placé dans le conduit d'échappement en aval de l'élément filtrant (FAP) par rapport au sens de l'écoulement des gaz brûlés. De même, le matériau catalytique peut être disposé directement au sein du filtre à particules que l'on nomme alors le filtre à particules catalytique (FAPC). L'idée consiste à provoquer des réactions chimiques sur le catalyseur (par exemple, d'oxydation) à l'aide des hydrocarbures présents dans les gaz brûlés. Ces réactions chimiques ont comme effet la régénération de l'élément filtrant (par exemple, en y apportant une chaleur nécessaire pour brûler les particules).
Cependant, le faible taux des hydrocarbures présents dans les gaz brûlés lors du fonctionnement normal du moteur à combustion interne, notamment Diesel, ne permet pas d'obtenir le rendement sur le catalyseur de réaction chimique nécessaire pour produire une régénération satisfaisante de l'élément filtrant.
Pour contourner cette difficulté, les gaz brûlés sont enrichis en hydrocarbure en modifiant les réglages du moteur, par exemple :
- en réduisant le débit d'air à l'admission,
- en décalant les phases et/ou les durées des injections du carburant dans les chambres de combustion,
- en réduisant le taux de recirculation des gaz d'échappement à l'admission, dit EGR (en anglais « Exhaust Gas Recirculation ») etc.
Ces solutions connues ne sont cependant pas satisfaisantes car elles provoquent de nombreux problèmes, par exemple, une dilution du carburant dans l'huile du moteur en réduisant ainsi la fiabilité de ce dernier. En outre, ces solutions génèrent une surconsommation de carburant, ce qui in fine réduit les performances du moteur. Par ailleurs, les réglages du moteur restent délicats et longs à effectuer sans pour autant garantir des variations optimales de la richesse de mélange gaz brûlés/hydrocarbures en fonction de l'état d'encrassement réel des dispositifs antipollution.
Pour contourner ces difficultés, une autre approche connue consiste en l'injection d'un agent réducteur (par exemple, un hydrocarbure comme le carburant utilisé par le moteur, l'alcool etc.) directement dans le conduit d'échappement à l'aide d'un injecteur spécifiquement dédié à cette tâche et placé en amont du catalyseur par rapport au sens de l'écoulement des gaz brûlés. Par exemple, dans le cas d'un moteur Diesel, le gazole injecté directement dans le conduit d'échappement réagit dans le catalyseur d'oxydation en produisant la chaleur. Cette dernière permet d'atteindre la température de l'ordre de 650°C nécessaire à la combustion des particules dans le filtre à particules (FAP).
A titre de complémentarité notons que l'agent réducteur peut être de nature chimique différente de celle d'un hydrocarbure. C'est le cas, par exemple, des dispositifs antipollution utilisant la technologie de la réduction catalytique des oxydes d'azote dite SCR (en anglais « Sélective Catalytic Réduction ») qui nécessitent l'injection de l'urée dans le conduit d'échappement en amont du catalyseur. Dans ce cas, la présence de l'injecteur dans le conduit d'échappement devient alors incontournable car l'urée est incompatible avec le carburant et ne peut pas de ce fait transiter par le moteur.
De manière connue, l'injection de l'agent réducteur, par exemple, dans un état liquide ou atomisé, s'opère de manière perpendiculaire à l'axe privilégié (par exemple, l'axe de symétrie) du conduit d'échappement. Le jet liquide ou atomisé pénétrant, par exemple sous pression, à l'intérieur du conduit d'échappement n'a pas suffisamment de temps pour se mélanger avec les gaz brûlés. En traversant le conduit d'échappement, le jet impacte alors la paroi interne du conduit d'échappement en vis-à-vis de l'injecteur en y créant un film liquide qui coule vers le catalyseur. Le mélange gaz brûlés/agent réducteur en aval de l'injecteur et en amont du catalyseur n'est donc pas homogène. L'intensité de la réaction chimique diffère alors d'une partie à l'autre du catalyseur. Il en résulte une distribution très hétérogène du gradient, par exemple thermique, au sein du catalyseur. Cela provoque une régénération insuffisante de l'élément filtrant et la surconsommation de l'agent réducteur. De même, les contraintes dues au gradient thermique hétérogène provoquent un vieillissement accéléré et/ou une fatigue prématurée du revêtement catalytique du catalyseur d'oxydation et/ou de l'élément filtrant, voire leur désintégration, par exemple, par fissuration.
Une autre géométrie d'injection traitant le problème de mélange gaz brûlés/agent réducteur est décrite dans le brevet japonais JP 61164017. L'injecteur d'agent réducteur est implanté à l'intérieur du conduit d'échappement à l'entrée du filtre à particules (FAP) de manière que l'axe privilégié de l'injecteur, par exemple son axe de symétrie, coïncide avec l'axe privilégié du conduit d'échappement, par exemple, avec l'axe de symétrie du conduit d'échappement. L'injecteur dispose à son extrémité d'un diffuseur pour générer un jet d'agent réducteur orienté vers le filtre à particules (FAP). Le diffuseur est muni d'un canal d'injection dont l'axe privilégié, par exemple, l'axe de symétrie du diffuseur, coïncide avec l'axe privilégié du conduit d'échappement, par exemple, l'axe de symétrie du conduit d'échappement. L'agent réducteur se présente comme une émulsion comprenant un hydrocarbure et une solution catalytique à base d'eau.
L'injection de l'agent réducteur s'effectue dans le conduit d'échappement vers l'aval de l'injecteur par rapport au sens de l'écoulement des gaz brûlés. En d'autres termes, le jet généré par le diffuseur et sortant du canal d'injection agencé dans le corps du diffuseur est toujours orienté dans le sens de l'écoulement des gaz brûlés. En outre, le diffuseur est équipé de moyens pouvant changer un angle de l'ouverture du jet d'agent réducteur sortant du canal d'injection. Ainsi, le diffuseur peut asperger de manière homogène et indépendamment du débit des gaz brûlés dans le conduit d'échappement, toute la paroi de l'élément filtrant se trouvant à l'entrée (par rapport au sens de l'écoulement des gaz brûlés) du filtre à particules (FAP).
Cette géométrie d'injection vers l'aval de l'injecteur a plusieurs inconvénients. En effet, le vecteur de la vitesse d'écoulement des gaz brûlés sur l'axe privilégié du conduit d'échappement et le vecteur de la vitesse du jet sur cet axe privilégié sont colinéaires, ce qui réduit d'autant leur résultante. En clair, l'impact du jet injecté dans le sens de l'écoulement est amorti au moins partiellement par la vitesse de l'écoulement. Les échanges gaz brûlés/agent réducteur en sont réduits d'autant. Tous les autres paramètres restant constants, cela :
- diminue l'homogénéité du mélange à temps comparable (ce qui signifie que le problème technique posé n'est donc pas réellement résolu) ou - nécessite un temps plus long pour mélanger les gaz brûlés avec l'agent réducteur à homogénéité de mélange comparable. Or, pour des raisons d'encombrement, tout allongement de la ligne d'échappement ou tout éloignement de l'injecteur du catalyseur pour augmenter la distance parcourue par le mélange (et donc le temps d'échange gaz brûlés/agent réducteur) n'est pas envisageable.
D'autres géométries d'injection traitant le problème de mélange gaz brûlés/agent réducteur sont décrites dans la demande de brevet européen EP 1 314 864 A1. L'injecteur dispose à son extrémité d'un gicleur pour générer le jet d'agent réducteur dans le conduit d'échappement. Cette extrémité est prolongée vers l'intérieur du conduit d'échappement par un diffuseur. Ce dernier est muni d'un canal d'injection dont l'axe privilégié, par exemple, l'axe de symétrie, est incliné ou même parallèle par rapport à l'axe privilégié du conduit d'échappement, ce qui améliore le mélange « gaz brûlés/agent réducteur » (colonne 8, lignes 26-28 ; colonne 10, lignes 2-4). En outre, le diffuseur peut être équipé de moyens augmentant la vitesse et/ou le tourbillonnement du jet sortant en favorisant ainsi davantage le mélange de l'agent réducteur avec les gaz brûlés (colonne 9, lignes 5-6). Cependant, dans tous les modes de réalisation divulgués dans EP 1 314 864 A1 l'injection s'effectue dans le conduit d'échappement vers l'aval de l'injecteur par rapport au sens de l'écoulement des gaz brûlés (colonne 7, lignes 56-58 ; colonne 8, lignes 13-15, 23-25, 53-56 ; colonne 9, lignes 37- 43). Ainsi, le dispositif selon EP 1 314 864 A1 présente les mêmes inconvénients que ceux discutés précédemment en rapport avec le dispositif selon JP 61 164017. Une autre géométrie d'injection traitant le problème de mélange gaz brûlés/agent réducteur est décrite dans le brevet japonais JP 2005 214100. L'injecteur d'agent réducteur est implanté dans un coude de la ligne d'échappement. L'injecteur dispose à son extrémité d'un diffuseur pour générer le jet d'agent réducteur. Ce diffuseur est prolongé vers l'intérieur du coude. Le diffuseur est muni d'un canal d'injection dont l'axe privilégié, par exemple, l'axe de symétrie du diffuseur, coïncide avec l'axe privilégié du conduit d'échappement en aval du coude par rapport au sens de l'écoulement des gaz brûlés.
L'injection de l'agent réducteur s'effectue dans le conduit d'échappement vers l'aval de l'injecteur par rapport au sens de l'écoulement des gaz brûlés. Il en résulte immédiatement que le dispositif selon JP 2005 214100 présente les mêmes inconvénients que ceux discutés précédemment en rapport avec les dispositifs selon JP 61 164017 et EP 1 314 864 A1.
Pour améliorer le mélange de l'agent réducteur avec les gaz brûlés, le dispositif selon JP 2005 214100 dispose d'une grille dans le conduit d'échappement en aval du coude avec l'injecteur par rapport au sens de l'écoulement des gaz brûlés. La grille est orientée perpendiculairement à l'axe privilégié du conduit d'échappement en aval du coude avec l'injecteur et l'obture complètement. La grille est disposée dans le conduit d'échappement en aval de l'injecteur, de manière à piéger l'ensemble d'agent réducteur sortant du diffuseur sous forme du jet. La grille est orientée perpendiculairement à l'axe privilégié de l'injecteur. De ce fait, le jet d'agent réducteur est orienté perpendiculairement à la grille. La grille forme un obstacle à l'écoulement de gaz brûlés dans le conduit d'échappement. Or, cela augmente la contre pression à l'échappement et, donc, dégrade le rendement du moteur. Enfin, la plupart des émissions polluantes est formée lors d'une période relativement brève, dit période de fonctionnement à froid, depuis le démarrage du moteur jusqu'au moment où la température du moteur franchit un seuil de température prédéterminé, par exemple 90°C, pour atteindre la température dite de fonctionnement normale du moteur. Or, les dispositifs antipollution deviennent opérationnels uniquement à partir d'une certaine température prédéterminée, par exemple, d'environ 300°C. Ainsi, pendant la période de fonctionnement du moteur à froid, avec un mélange air/carburant, à l'admission du moteur riche en carburant et générant de ce fait un rejet massif des émissions polluantes, les dispositifs antipollution de la ligne d'échappement sont peu efficaces, voire complètement inopérants.
Les dispositifs selon JP 61 164017, EP 1 314 864 A1 et JP 2005 214100 ne répondent pas aux besoins particuliers du dispositif antipollution installé dans le conduit d'échappement lors du démarrage à froid. Ils n'apportent aucun enseignement pertinent susceptible de réduire les émissions polluantes dans la ligne d'échappement pendant la période de fonctionnement du moteur à froid et ne suggère aucune solution en ce sens. Le problème de réduction des émissions polluantes pendant la période de fonctionnement du moteur à froid est traité dans le brevet européen EP 0 594 794 B1. La solution proposée concerne un moteur à combustion interne à injection et allumage par étincelle électrique. L'idée consiste à réduire la richesse du mélange « air/carburant » à l'admission du moteur en préchauffant le carburant à l'aide d'un élément chauffant disposé dans un conduit d'admission en amont d'une soupape d'admission (colonne 1 , lignes 26-40 ; colonne 2, lignes 44-46). L'élément chauffant se présente sous forme d'une plaquette métallique émaillée, sur laquelle est imprimée une matière conductrice de courant (colonne 2, lignes 56-58 ; colonne 3, lignes 1 -2).
Cette solution a plusieurs inconvénients. En effet, le dispositif selon EP 0 594 794 B1 agit en amont du moteur et n'apporte aucun enseignement pertinent par rapport à des dispositifs antipollution installés dans la ligne d'échappement en aval du moteur susceptibles de réduire les émissions polluantes dans les gaz brûlés. En outre, le cas d'un moteur Diesel n'est pas traité, ni même évoqué dans EP 0 594 794 B1.
DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur en proposant un injecteur disposé dans un conduit d'échappement permettant de favoriser l'échange thermique entre les gaz brûlés et l'agent réducteur injecté et d'améliorer l'homogénéité de leur mélange, tout en réduisant le temps nécessaire pour y parvenir. A cet effet, l'invention concerne un dispositif d'injection pour injecter un agent réducteur dans un écoulement des gaz brûlés, d'une part, formé dans un conduit d'échappement en aval d'un moteur à combustion interne et, d'autre part, orienté de la sortie du moteur vers la sortie de la ligne d'échappement, comportant
- au moins une source d'agent réducteur,
- au moins un injecteur relié à la source d'agent réducteur et formé par au moins un canal d'injection de l'agent réducteur débouchant dans le conduit d'échappement, l'axe privilégié du canal d'injection étant incliné d'un angle φ par rapport à l'axe privilégié du conduit d'échappement,
- au moins un moyen d'activation d'un jet d'agent réducteur provenant de la source d'agent réducteur via le canal d'injection, caractérisé en ce que l'axe privilégié du canal d'injection est orienté à rencontre de l'écoulement de gaz brûlés dans le conduit d'échappement et forme un angle φ aigu ou nul avec l'axe privilégié du conduit d'échappement et en ce que le dispositif d'injection comprend un obstacle mélangeur disposé dans le conduit d'échappement en amont de l'injecteur par rapport au sens d'écoulement des gaz brûlés à une distance prédéterminée du canal d'injection.
Selon une autre particularité, l'ouverture du canal d'injection est disposée à l'extrémité de l'injecteur débouchant dans le conduit d'échappement de façon que l'axe du jet d'agent réducteur provenant du canal d'injection soit orienté dans le sens opposé à celui de l'écoulement de gaz brûlés dans le conduit d'échappement.
Selon une autre particularité, l'obstacle mélangeur forme un moyen piège d'agent réducteur.
Selon une autre particularité, le conduit d'échappement est obturé par le corps formant l'obstacle mélangeur. Selon une autre particularité, l'obstacle mélangeur est formé par un corps perméable à l'écoulement des gaz brûlés dans le conduit d'échappement.
Selon une autre particularité, l'obstacle mélangeur est formé par au moins une partie d'une turbine agencée dans le conduit d'échappement.
Selon une autre particularité, la turbine produit en son aval un filet de gaz brûlés de puissance prédéterminée et ce filet de gaz brûlés impacte le jet d'agent réducteur provenant du canal d'injection de l'injecteur à une autre distance prédéterminée en amont du canal d'injection. Selon une autre particularité, l'injecteur est disposé dans un coude en forme de L réalisé par la jonction des deux portions du conduit d'échappement, les axes privilégiés de ces deux portions formant un angle α, et l'axe privilégié du canal d'injection est orienté à rencontre de l'écoulement de gaz brûlés dans la portion du conduit d'échappement en amont du coude et forme un angle φ aigu ou nul avec l'axe privilégié de cette portion.
Selon une autre particularité, l'ouverture du canal d'injection est disposée à l'extrémité de l'injecteur débouchant dans le conduit d'échappement de façon que l'axe du jet d'agent réducteur provenant du canal d'injection soit orienté dans le sens opposé à celui de l'écoulement de gaz brûlés dans la portion du conduit d'échappement en amont du coude en forme de L et coïncide avec l'axe privilégié de cette portion.
Selon une autre particularité, au moins un dispositif antipollution des gaz d'échappement est agencé dans la portion du conduit d'échappement en aval du coude en forme de L à une autre distance prédéterminée du canal d'injection.
Selon une autre particularité, le dispositif antipollution des gaz d'échappement comprend des moyens d'appréciation de son état d'encrassement communiquant avec le moyen d'activation du jet d'agent réducteur, et le moment et/ou la durée de l'injection d'agent réducteur est régulé(e) par le moyen d'activation du jet d'agent réducteur en fonction de l'état d'encrassement du dispositif antipollution des gaz d'échappement.
Selon une autre particularité, le dispositif antipollution des gaz d'échappement comprend des moyens d'appréciation de son état de régénération communiquant avec le moyen d'activation du jet d'agent réducteur, et le moment et/ou la durée de l'injection d'agent réducteur est régulé(e) par le moyen d'activation du jet d'agent réducteur en fonction de l'état de régénération du dispositif antipollution des gaz d'échappement.
Selon une autre particularité, le canal d'injection débouchant dans le conduit d'échappement est disposé à l'extrémité de l'injecteur, cette extrémité formant un corps saillant à l'intérieur du conduit d'échappement.
Selon une autre particularité, l'obstacle mélangeur est incliné d'un angle 0° < β < 180° par rapport à l'axe privilégié du conduit d'échappement.
L'invention avec ses caractéristiques et avantages ressortira plus clairement à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés dans lequel les figures 1 , 2, 3 représentent de manière schématique les trois variantes du dispositif selon l'invention.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION L'invention présente un dispositif d'injection pour injecter un agent réducteur dans un écoulement des gaz brûlés formé dans un conduit d'échappement. L'injection s'effectue à l'aide d'un injecteur agencé dans un coude du conduit d'échappement entre une turbine et un dispositif antipollution. L'injection s'effectue à contre courant, c'est-à-dire, vers l'amont de l'injecteur par rapport au sens de l'écoulement de gaz brûlés, de préférence directement sur une roue de la turbine obturant le conduit d'échappement.
Tel qu'il est illustré sur les figures 1 à 3, le dispositif selon l'invention comprend le conduit d'échappement (1 ) comportant au moins deux portions (1 1 , 10). Leur jonction forme au moins un coude (5) en forme de L. Ce dernier est tel que les axes privilégiés de ces deux portions (1 1 , 10), par exemple leur axes de symétrie respectifs (AB), (EF), forment un angle α, par exemple un angle α droit (figures 1 , 3). Dans une variante de la réalisation de l'invention non représentée sur les figures, l'angle α peut être aigu ou obtus. Le conduit d'échappement (1 ) transporte des gaz brûlés (G) entre une sortie (S1 ) d'un moteur (M) à combustion interne, par exemple, un moteur Diesel, et une sortie (S2) de la ligne d'échappement. Le sens d'écoulement des gaz brûlés est indiqué :
- par une flèche (G) transparente en double ligne dans la portion (1 1 ) reliant la sortie (S1 ) du moteur (M) avec le coude (5) et s'opère du bas vers le haut sur les figures 1 à 3,
- par une flèche (GHC) colorée d'un motif en briques noirs et blancs, dans la portion (10) reliant le coude (5) avec la sortie (S2) de la ligne d'échappement et s'opère de gauche à droite sur les figures 1 à 3. De manière connue, le conduit d'échappement (1 ) se présente comme un corps tubulaire dont la section dans le plan perpendiculaire à l'axe privilégié (AB), (EF) du conduit (1 ) peut présenter des profils quelconques compatibles à l'écoulement d'un fluide tel qu'un gaz d'échappement.
Un injecteur (2) pour injecter un agent réducteur (par exemple, hydrocarbure, urée) à l'intérieur du conduit d'échappement (1 ) directement dans l'écoulement de gaz brûlés (G) est disposé dans le coude (5) en forme de L
L'injecteur (2) est relié à au moins une source (6) d'agent réducteur.
L'injecteur (2) comporte au moins un canal d'injection (3) de l'agent réducteur débouchant dans le conduit d'échappement (1 ). Le jet de l'agent réducteur pénétrant dans le conduit d'échappement (1 ) via le canal d'injection (3) est représenté schématiquement sur les figures 1 -2 à l'aide de deux lignes en double pointillé référencée (HC). L'angle de l'ouverture du jet (HC) est illustré à l'aide de la référence (γ). Le canal d'injection (3) dispose d'un axe privilégié (CD). Dans l'exemple illustré sur les figures 1 à 3, l'axe privilégié (CD) du canal d'injection (3) se confond :
- avec son axe de symétrie, - avec l'axe privilégié de l'injecteur (2).
En outre, l'axe privilégié (CD) du canal d'injection (3) est avantageusement orienté à rencontre de l'écoulement de gaz brûlés (G) dans la portion (11 ) du conduit d'échappement (1 ) en amont du coude (5). Dans les deux modes de réalisation de l'invention représentés sur les figures 1 et 3, l'axe privilégié (CD) du canal d'injection (3) coïncide avec l'axe privilégié (AB) de cette portion (1 1 ). Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 2, l'axe privilégié (CD) du canal d'injection (3) est incliné d'un angle φ, par exemple aigu, par rapport à l'axe privilégié (AB) de la portion (1 1 ) du conduit d'échappement (1 ) en amont du coude (5). Dans une autre variante de réalisation de l'invention, le canal d'injection (3) débouchant dans le conduit d'échappement (1 ) est disposé à l'extrémité (4) de l'injecteur (2), cette extrémité (4) formant un corps saillant à l'intérieur du conduit d'échappement (1 ). Cette extrémité (4) peut être formée, par exemple, à l'aide d'un diffuseur du type décrit dans le brevet japonais JP 61 164017 équipé de moyens pouvant changer l'angle de l'ouverture (γ) du jet d'agent réducteur sortant du canal d'injection (3). De même, l'extrémité (4) de l'injecteur (2) selon l'invention peut être formée, par exemple, à l'aide d'un diffuseur de type décrit dans l'état de l'art de la demande de brevet européen EP 1 314 864 A1. Dans une autre variante de réalisation de l'invention, l'architecture de l'injecteur (2) correspond à celle détaillée, par exemple, dans la demande de brevet européen EP 1 314 864 A1.
L'injecteur (2) comporte au moins un moyen d'activation d'un jet (HC) d'agent réducteur provenant de la source (6) d'agent réducteur via le canal d'injection (3) dans le conduit d'échappement (1 ). Au moins un dispositif antipollution (C, FAP) des gaz d'échappement est agencé dans la portion (10) du conduit d'échappement (1 ) en aval du coude (5) en forme de L par rapport au sens d'écoulement des gaz brûlés. Le dispositif antipollution comprend au moins un module, par exemple, un filtre à particules (FAP) et/ou un piège à NOx et/ou un module SCR (en anglais « Sélective Catalytic Réduction ») et/ou un autre dispositif similaire. Il s'agit des moyens antipollution connus par un homme du métier pour réduire les émissions polluantes (NOx, SOx, des particules etc.) lors de la traversée du conduit d'échappement par les gaz brûlés sortant du moteur (M) à combustion interne.
Dans l'exemple illustré sur les figures 1 à 3, le dispositif antipollution comprend au moins deux modules, à savoir, le filtre à particules (FAP) et un catalyseur (C) de régénération du dispositif antipollution, par exemple, un catalyseur (C) d'oxydation. Ce dernier est disposé en amont du filtre à particules (FAP) par rapport au sens d'écoulement des gaz brûlés et en aval du coude (5) en forme de L.
Le canal d'injection (3) de l'injecteur (2) débouchant dans le conduit d'échappement (1 ) est agencé à une distance prédéterminée (X) du catalyseur (C), comme le montre les figures 1 et 3. Cette distance prédéterminée (X) est mesurée entre la source du jet (HC) formée par la sortie ou l'ouverture du canal d'injection (3) et l'entrée du catalyseur (C). Dans l'exemple sur les figures 1 et 3, la source du jet (HC) est située à l'extrémité (4) de l'injecteur (2) formant le corps saillant à l'intérieur du conduit d'échappement (1 ). Le dispositif antipollution (C, FAP) des gaz d'échappement comprend des moyens d'appréciation de son état d'encrassement (P). Il s'agit, par exemple, d'un capteur (P) mesurant une pression différentielle aux bornes d'entrée et de sortie du filtre à particules (FAP), comme le montrent schématiquement les figures 1 à 3. Dans une autre variante de réalisation de l'invention, les moyens d'appréciation de son état d'encrassement (P) communique avec le moyen d'activation du jet (HC) d'agent réducteur. Ainsi, le moment et/ou la durée de l'injection d'agent réducteur peut être avantageusement régulé(e) par le moyen d'activation du jet (HC) d'agent réducteur en fonction de l'état d'encrassement du dispositif antipollution (C, FAP) des gaz d'échappement.
Dans une autre variante de réalisation de l'invention, le dispositif antipollution (C, FAP) des gaz d'échappement comprend des moyens d'appréciation de son état de régénération (7, 8) communiquant avec le moyen d'activation du jet (HC) d'agent réducteur. Il s'agit, par exemple, d'un capteur (7) de température positionné en amont du catalyseur (C) et d'un autre capteur (8) de température positionné à l'entrée du filtre à particules (FAP). Ainsi, le moment et/ou la durée de l'injection d'agent réducteur est régulé(e) par le moyen d'activation du jet (HC) d'agent réducteur en fonction de l'état de régénération du dispositif antipollution (C, FAP) des gaz d'échappement.
Dans une autre variante de réalisation de l'invention, la communication entre le moyen d'activation du jet (HC) d'agent réducteur, les moyens d'appréciation de l'état d'encrassement (P) du dispositif antipollution (C, FAP), les moyens d'appréciation de l'état de régénération (7, 8) du dispositif antipollution (C, FAP) des gaz d'échappement, s'opère via un équipement de gestion du véhicule. Dans une autre variante de réalisation de l'invention, seulement certains de ces moyens communiquent entre eux via un équipement de gestion du véhicule.
Cet équipement de gestion comprend de manière classique un calculateur doté d'une unité de traitement à microprocesseur du type CPU (en anglais Computer Processing Unit). Le calculateur dispose d'une architecture en plusieurs couches. Il est associé aux différents capteurs mesurant les grandeurs physiques, par exemple, aux capteurs mesurant directement ou indirectement l'état d'encrassement du dispositif antipollution des gaz d'échappement. En outre, le calculateur (CPU) est couplé aux moyens de contrôle et de commande. Ces derniers sont donc activables par le calculateur et peuvent piloter différents systèmes et circuits du véhicule, par exemple, commander un système d'injection à l'admission du moteur (M), l'activation du jet (HC) d'agent réducteur de l'injecteur (2), ce dernier faisant partie du système d'échappement du véhicule, etc.
Les capteurs, le calculateur ainsi que les moyens de contrôle et de commande peuvent comprendre des objets essentiellement électroniques à microcircuit et mémoire disposant ou non d'une architecture en plusieurs couches et/ou des cartes d'acquisition et/ou de transmission-réception de données pouvant communiquer entre elles et/ou avec d'autres éléments du véhicule à l'aide d'un réseau, par exemple, un réseau compatible avec le protocole dit CAN, un réseau sans fil compatible avec une technologie de courte portée, c'est-à-dire, essentiellement quelques dizaines de mètres, par exemple, une technologie radio de type Bluetooth ou une autre technologie de transmission de données par des ondes s'appuyant sur une partie du spectre de fréquence (et de longueurs d'ondes) autre que la partie du spectre dite « radio ». Dans une autre variante de réalisation de l'invention, l'ouverture du canal d'injection (3) est disposée à l'extrémité (4) de l'injecteur débouchant dans le conduit d'échappement (1 ) de façon que l'axe du jet (HC) d'agent réducteur provenant du canal d'injection (3) soit orienté dans le sens opposé à celui de l'écoulement de gaz brûlés (G) dans la portion (1 1 ) du conduit d'échappement (1 ) en amont du coude (5) en forme de L et coïncide avec l'axe privilégié (AB) de cette portion (1 1 ). Dans cette configuration le positionnement relatif de l'injecteur (2) par rapport au conduit d'échappement (1 ) peut être quelconque, l'orientation précise de l'ouverture du canal d'injection (3) étant assurée par l'extrémité (4) de l'injecteur (2). De même, au moins une partie de l'injecteur (2) peut être placée en dehors de la paroi du conduit d'échappement (1 ) à l'extérieur de ce dernier, comme le montrent schématiquement les figures 1 à 3.
Le dispositif d'injection selon l'invention comprend avantageusement un obstacle mélangeur (T) distinct de l'injecteur (2). L'obstacle mélangeur (T) est disposé dans le conduit d'échappement, par exemple en amont de l'injecteur (2) par rapport au sens d'écoulement des gaz brûlés (G), et coopère avec l'injecteur (2) et l'écoulement des gaz brûlés (G). Comme le montrent les figures 1 à 3, l'obstacle mélangeur (T) est disposé dans la portion (1 1 ) du conduit d'échappement (1 ) reliant la sortie (S1 ) du moteur (M) avec le coude (5) en forme de L. Dans les exemples sur les figures 1 à 3, l'axe privilégié de l'obstacle mélangeur (T) coïncide avec l'axe privilégié (AB) du conduit d'échappement (1 ). Dans une autre variante de réalisation de l'invention non représentée sur les figures, l'axe privilégié de l'obstacle mélangeur (T) est parallèle à l'axe privilégié (AB) du conduit d'échappement
(1 )-
L'obstacle mélangeur (T) est un corps, par exemple, bidimensionnel ou tridimensionnel, avec un plan privilégié (OP). Ce dernier est incliné d'un angle 0° < β < 180° par rapport à l'axe privilégié de la portion (1 1 ) du conduit d'échappement (1 ) reliant la sortie (S1 ) du moteur (M) (par exemple son axe de symétrie (AB)) avec le coude (5) en forme de L. L'obstacle mélangeur (T) est donc disposé dans le conduit d'échappement (1 ) au moins partiellement à travers l'écoulement des gaz brûlés (G). Dans les exemples sur les figures 1 et 3, le plan privilégié (OP) de l'obstacle mélangeur (T) forme l'angle β = 90° avec axe de symétrie (AB) de la portion (1 1 ) du conduit d'échappement (1 ) reliant la sortie (S1 ) du moteur (M) avec le coude (5) en forme de L. Le conduit d'échappement (1 ) est obturé au moins partiellement par le corps formant l'obstacle mélangeur (T). Dans les exemples illustrés sur les figures 1 à 3, le conduit d'échappement (1 ) est obturé complètement par le corps formant l'obstacle mélangeur (5).
Le corps formant l'obstacle mélangeur (T) est perméable (par exemple, poreux) ou non à l'écoulement des gaz brûlés (G). Dans le cas où le corps formant l'obstacle mélangeur (T) serait imperméable à l'écoulement des gaz brûlés (G), par exemple le corps en forme d'une plaque métallique, il ne pourra obturer le conduit d'échappement (1 ) que partiellement. Ainsi, les gaz brûlés pourront toujours traverser le conduit d'échappement (1 ) sans que la contre pression créée dans conduit d'échappement (1 ) par le corps imperméable à l'écoulement des gaz brûlés (G) formant l'obstacle mélangeur (T), dépasse un seuil prédéterminé réduisant le rendement du moteur au- delà d'une certaine limite prédéfinie.
Dans une autre variante de réalisation de l'invention, le corps formant l'obstacle mélangeur (T) peut disposer des parties de forme, par exemple, ondulée, courbée ou similaire, favorisant la formation de tourbillons (et/ou niveau de la turbulence) dans l'écoulement des gaz brûlés en aval de l'obstacle mélangeur (T).
L'obstacle mélangeur (T) est disposé à une distance prédéterminée (Y) de l'injecteur (2). Cette distance prédéterminée (Y) est mesurée le long de l'axe privilégié de la portion (11 ) du conduit d'échappement (1 ) reliant la sortie (S1 ) du moteur (M) avec le coude (5) en forme de L, par exemple le long de l'axe de symétrie (AB) de la portion (1 1 ). La distance prédéterminée (Y) est mesurée entre la source du jet (HC) formée par la sortie ou l'ouverture du canal d'injection (3) et le point d'intersection du plan privilégié (OP) de l'obstacle mélangeur (T) avec l'axe privilégié (AB) du conduit d'échappement (1 ).
La distance prédéterminée (Y) entre l'injecteur (2) et l'obstacle mélangeur (T) peut être choisie de manière que le jet (HC) d'agent réducteur sortant du canal d'injection forme un lien fluidique entre l'injecteur (2) et l'obstacle mélangeur (T). De même, la distance prédéterminée (Y) entre l'injecteur (2) et l'obstacle mélangeur (T) peut être choisie en fonction des paramètres tels que, par exemple, le débit des gaz brûlés (G) dans le conduit d'échappement (1 ), le débit d'agent réducteur via le canal d'injection (2), l'angle (γ) de l'ouverture du jet (HC) etc., de façon que l'obstacle mélangeur (T) forme un moyen piège de l'agent réducteur. Cela signifie que la totalité de l'agent réducteur dispersé par l'injecteur (2) dans le jet (HC) se dépose sur l'obstacle mélangeur (T) avant d'atteindre une paroi interne du conduit d'échappement (1 ), comme le montrent à titre d'illustration les figures 1 et 2. Ainsi, aucun film liquide pouvant perturber le bon fonctionnement du catalyseur (C) ne se crée sur la paroi interne du conduit d'échappement (1 ).
L'obstacle mélangeur (T) est disposé à une autre distance prédéterminée (non représenté sur les figures) du catalyseur (C) dans le sens de l'écoulement des gaz brûlés (G). Cette autre distance prédéterminée est mesurée le long de l'axe privilégié du conduit d'échappement (1 ), entre le point d'intersection du plan privilégié (OP) de l'obstacle mélangeur (T) avec l'axe privilégié du conduit d'échappement (1 ) et l'entrée du catalyseur (C). La distance prédéterminée entre l'obstacle mélangeur (T) et le catalyseur (C) est choisie en fonction des paramètres tels que, par exemple, le débit des gaz brûlés dans le conduit d'échappement (1 ), le débit d'agent réducteur via l'injecteur (2), la température de l'obstacle mélangeur (T) etc., de manière à garantir un mélange (GHC) homogène « gaz brûlés/agent réducteur » à l'entrée du catalyseur (C).
Dans une variante de réalisation de l'invention illustré sur la figure 2, l'axe privilégié du canal d'injection (CD) est incliné d'un angle μ, par exemple obtus, par rapport au plan privilégié (OP) de l'obstacle mélangeur (T). Cet angle d'inclinaison μ est choisi en prenant en considération l'angle (γ) de l'ouverture du jet (HC), de manière à éviter tout dépôt d'un film liquide de l'agent réducteur sur la paroi interne du conduit d'échappement (1 ) pouvant perturber le bon fonctionnement du catalyseur (C). En d'autres termes, l'angle d'inclinaison μ entre l'axe privilégié du canal d'injection (CD) et le plan privilégié (OP) de l'obstacle mélangeur (T) doit être tel que l'obstacle mélangeur (T) continue à former un moyen piège de l'agent réducteur.
L'obstacle mélangeur (T) comprend un ou plusieurs des moyens suivants coopérant ou non entre eux et/ou avec d'autres moyens du dispositif d'injection : (a) moyens chauffants de l'obstacle mélangeur (T), par exemple similaire à ceux décrits dans le brevet européen EP O 594 794 B1 ; (b) moyens d'activation des moyens chauffants de l'obstacle mélangeur (T) ; (c) moyens d'appréciation de la température de l'obstacle mélangeur (T).
Dans une autre variante de réalisation de l'invention, le moyen d'activation des moyens chauffants de l'obstacle mélangeur (T) piloté ou non par le calculateur (CPU), régule un ou plusieurs paramètres suivants en fonction de l'état d'encrassement du dispositif antipollution (C, FAP) des gaz d'échappement et/ou en fonction de l'état de régénération du dispositif antipollution (C, FAP) des gaz d'échappement : (a) moment d'activation de chauffage de l'obstacle mélangeur (T) ; (b) température de l'obstacle mélangeur (T) ; (c) durée de chauffage de l'obstacle mélangeur (T) ; (d) débit des gaz brûlés (G) dans le conduit d'échappement (1 ) ; (e) débit d'agent réducteur via l'injecteur (2) ; (f) quantité des pollutions dans la ligne d'échappement (par exemple, en amont ou en aval du dispositif antipollution).
Dans une autre variante de réalisation de l'invention, l'obstacle mélangeur (T) est formé par une grille (non représentée sur les figures) en matière conductrice ou non d'un courant électrique.
Dans une autre variante de réalisation de l'invention, l'obstacle mélangeur (T) est formé par au moins une partie d'une turbine (T) agencée dans le conduit d'échappement (1 ), par exemple, une roue de la turbine (T). La rotation de la roue de la turbine (T) entraînée par l'écoulement des gaz brûlés permet de faire l'office de mélangeur tourbillonnant les gaz brûlés de manière à augmenter la turbulence de l'écoulement à la sortie de la turbine. De même, la rotation de la roue de la turbine (T) permet de centrifuger le film liquide d'agent réducteur déversé par le jet (HC) de l'injecteur (2) sur au moins certains éléments de la roue de la turbine (T), par exemple sur ses aubes. Par ailleurs, la roue de la turbine (T) et, notamment ses aubes, se trouve en contact direct avec les gaz brûlés sortant de la sortie (S1 ) du moteur (M) dès le démarrage du moteur (M). Grâce à l'échange thermique entre les gaz brûlés et la roue de la turbine (T) cette dernière se chauffe quasi instantanément après le démarrage à froid du moteur. L'agent réducteur issu du jet (HC) et atterrissant directement sur les parties chaudes de la roue (aubes) s'évapore donc plus rapidement, en particulier pendant la période de fonctionnement du moteur à froid. Le mélange des gaz brûlés s'opère donc avantageusement avec l'agent réducteur en phase gazeuse. Il en résulte l'homogénéité élevée de ce mélange (GHC) en aval du coude (5) en forme de L à l'entrée du catalyseur (C).
Dans une autre variante de réalisation de l'invention non représentée sur les figures, l'obstacle mélangeur (T) est formé par la grille selon l'invention installée en amont de l'injecteur (2) à une distance prédéterminée de l'injecteur et en aval de la turbine (T) par rapport au sens d'écoulement des gaz brûlés.
Dans une autre variante de réalisation de l'invention, l'obstacle mélangeur (T) est formé par la roue de la turbine (T) qui dispose dans sa partie orientée vers l'injecteur (2) de la grille reliée au corps de la turbine et/ou à la paroi interne du conduit d'échappement (1 ).
Dans ces configurations, la grille faisant ou non partie de la turbine forme un écran protégeant, par exemple, les aubes de la roue de la turbine (T) du jet (HC), de manière que le film liquide d'agent réducteur déversé par le jet (HC) de l'injecteur (2) se forme sur la grille au lieu de se former sur la roue de la turbine. La capacité de la grille d'attraper les gouttes de la phase liquide du jet (HC) d'agent réducteur varie selon l'angle entre la grille et l'axe privilégié (CD) du canal d'injection (3). En effet, lorsque le jet (HC) d'agent réducteur est perpendiculaire à la grille, cette dernière apparaît comme un objet sensiblement bidimensionnel. Il en résulte que l'aire réelle de contact entre la grille et la phase liquide du jet (HC) qui sert pour attraper les gouttes de la phase liquide du jet (HC), est réduite aux seuls nœuds de connexion de la grille. Par contre, lorsque le jet (HC) d'agent réducteur est incliné par rapport à la grille, la structure sensiblement bidimensionnelle de la grille est complétée par la troisième dimension, à savoir, l'épaisseur de la grille. L'épaisseur de la grille contribue donc dans l'augmentation de l'aire réelle de contact entre la grille et la phase liquide du jet (HC) ce qui renforce davantage la capacité de la grille d'attraper les gouttes de la phase liquide du jet (HC) d'agent réducteur.
L'avantage de cette variante de réalisation (avec la grille insérée dans le conduit d'échappement entre la turbine (T) et l'injecteur (2) et servant d'écran pour le jet (HC) d'agent réducteur injecté dans la direction de la turbine (T)) est d'éviter l'agression, par exemple de nature chimique ou mécanique, des éléments sensibles de la turbine (T), par exemple, de sa roue, de ses aubes, par l'agent réducteur et/ou la formation incontrôlable du dépôt rigide (amas d'oxydation) d'agent réducteur sur les aubes de la roue pouvant perturber l'équilibre de la roue à hautes vitesses de rotation. Comme mentionné précédemment la grille peut être réalisée en matière conductrice ou non d'un courant électrique. Ainsi, elle peut être chauffée, par exemple de manière continue, pour favoriser l'évaporation plus rapide du film liquide d'agent réducteur présent sur la grille. Dans une autre variante de ce mode de réalisation, la grille peut être chauffée, par exemple de manière ponctuelle pour favoriser l'évaporation plus rapide du film liquide d'agent réducteur présent sur la grille uniquement lors du fonctionnement du moteur (M) à froid.
Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté schématiquement sur la figure 3. L'obstacle mélangeur (T) y est représenté par la seule turbine (T) qui produit en son aval un filet (GT) de gaz brûlés de puissance prédéterminée. Ce filet (GT) de gaz brûlés est représenté schématiquement à l'aide d'une flèche correspondante en triple ligne en aval de la turbine (T). Le jet de l'agent réducteur pénétrant dans le conduit d'échappement (1 ) via le canal d'injection (3) est représenté sur la figure 3 à l'aide d'une flèche pleine référencée (HC). Le débit de l'injecteur (2) à travers le canal (3) est régulé en fonction de la vitesse et/ou de la température de l'écoulement de gaz brûlés (G) en amont de la turbine (T) et/ou de la puissance du filet (GT) de gaz brûlés (G) en aval de la turbine (T) dans le conduit d'échappement (1 ). Cette régulation du débit de jet (HC) est opérée de manière à permettre une dispersion totale du jet (HC) d'agent réducteur dans l'écoulement de gaz brûlés (G) en amont de l'injecteur (2) par rapport au sens d'écoulement des gaz brûlés (G) avant d'atteindre une paroi interne du conduit d'échappement (1 ), ni l'obstacle mélangeur (la roue de la turbine (T)). Ainsi, aucun film liquide pouvant perturber le bon fonctionnement du catalyseur (T) ne se crée sur la paroi interne du conduit d'échappement (1 ). De même, aucun film liquide pouvant perturber le bon fonctionnement de la turbine (T) ne se crée sur la roue de la turbine (T). En effet, le filet (GT) de gaz brûlés impacte le jet (HC) d'agent réducteur provenant du canal d'injection (3) de l'injecteur (2) à une distance prédéterminée (Z) en amont du canal d'injection (3). Par exemple, la dispersion totale du jet (HC) d'agent réducteur dans l'écoulement de gaz brûlés (G) peut se produire au milieu du conduit d'échappement (1 ) illustré schématiquement sur la figure 3 par une forme pleine (K) située à une distance prédéterminée (Z) du canal d'injection le long de l'axe de symétrie (AB) de la portion (1 1 ) du conduit d'échappement reliant la sortie (S1 ) du moteur (M) avec le coude (5) en forme de L. Notons que cette distance (Z) est plus courte que celle (Y2) entre le canal d'injection (2) et la turbine (T). Bien entendu, ce même résultat (la désintégration totale du jet d'agent réducteur (HC) avant d'atteindre de la turbine (T)) peut être obtenu sans régulation du débit de l'injecteur (2) à travers le canal (3) en allongeant simplement la distance entre le canal d'injection (2) et la turbine (T). En d'autres termes, au débit de l'injecteur (2) à travers le canal (3) équivalent dans les deux modes de réalisation de l'invention sur les figures 1 à 3, la distance (Y) entre le canal d'injection (2) et la turbine (T) dans le mode sur la figure 1 et 2 est inférieure à celle (Y2) entre le canal d'injection (2) et la turbine (T) dans le mode sur la figure 3 : Y < Y2. Ce mode de réalisation de l'invention illustré schématiquement sur la figure 3 où la désintégration totale du jet d'agent réducteur (HC) se produit avant d'atteindre de la turbine (T), permet d'éviter avantageusement l'agression, par exemple de nature chimique ou mécanique, des éléments sensibles de la turbine (T), par exemple, de sa roue, de ses aubes, par l'agent réducteur et/ou la formation incontrôlable du dépôt rigide (amas d'oxydation) d'agent réducteur sur les aubes de la roue pouvant perturber l'équilibre de la roue à hautes vitesses de rotation sans qu'aucun autre objet, par exemple la grille évoquée précédemment, ne soit installé entre la turbine (T) et l'injecteur (2). En effet, la présence de tout objet intermédiaire (grille) entre la turbine (T) et l'injecteur (2) provoque inévitablement une contre pression dans le conduit d'échappement (1 ) qui réduit le rendement du moteur (M). Ainsi, l'absence d'objet intermédiaire (grille) entre la turbine (T) et l'injecteur (2) génère automatiquement un gain en rendement du moteur (M). Outre les avantages déjà évoqués ci-dessus, les modes de réalisation de l'invention décrits précédemment ont plusieurs autres points forts comparés à l'état de la technique. En effet, le vecteur (ou sa projection) de la vitesse d'écoulement des gaz brûlés (G) sur l'axe privilégié du conduit d'échappement (1 ), par exemple, l'axe de symétrie (AB) de la portion (11 ) reliant la sortie (S1 ) du moteur (M) avec le coude (5) en forme de L, et le vecteur (ou sa projection) de la vitesse du jet (HC) d'agent réducteur sur cet même axe privilégié sont directement opposées. Leur résultante est donc supérieure à chacune de ces deux projections. En clair, le choc (K) représenté sur la figure 3 entre le jet (HC) d'agent réducteur lancé le long de l'axe privilégié (CD) du canal d'injection (3) de l'injecteur (2) à rencontre de l'écoulement de gaz brûlés (G) évoluant le long de l'axe de symétrie (AB) de la portion (11 ) reliant la sortie (S1 ) du moteur (M) avec le coude (5) en forme de L, n'est aucunement amorti par la vitesse de l'écoulement de gaz brûlés (G) (ou celle du filet (GT)) mais, bien au contraire, est augmenté par elle.
Par conséquent, la turbulence de l'écoulement de gaz brûlés (G) croit en favorisant des phénomènes propices au mélange « gaz brûlés/agent réducteur » (GHC) dans le conduit d'échappement (1 ).
D'abord, l'augmentation de la turbulence de l'écoulement dans le conduit d'échappement (1 ) rend plus homogène la diffusion de l'agent réducteur dans le flux des gaz brûlés (G). La phase liquide de l'agent réducteur y est donc dispersée de manière plus fine (la taille moyenne des particules liquides de l'agent réducteur est donc abaissée). Cela signifie que l'aire de contact effectif entre la phase liquide et la phase gazeuse du mélange (GHC) augmente, en réduisant ainsi le temps d'évaporation de l'agent réducteur et, donc, in fine, le temps nécessaire pour mélanger l'agent réducteur avec les gaz brûlés, en particulier lors du fonctionnement à froid du moteur (M).
Deuxièmement, l'augmentation de la turbulence de l'écoulement améliore l'échange, par exemple thermique, entre les gaz brûlés et l'agent réducteur. Cela est également favorable à la réduction du temps d'évaporation de l'agent réducteur et, donc, in fine, à la réduction du temps nécessaire pour mélanger l'agent réducteur avec les gaz brûlés. Notons que dans une variante de réalisation portant sur l'obstacle mélangeur (T) chauffant, il est possible d'accentuer l'échange thermique en chauffant l'obstacle mélangeur (T) ce qui fait évaporer l'agent réducteur plus rapidement. C'est le cas de la grille chauffée. Il en y a de même pour les aubes de la roue de la turbine réchauffées par les gaz brûlés dès les premiers instants qui suivent le démarrage à froid du moteur (M). Il en résulte que la température du mélange (GHC) augmente plus rapidement, ce qui favorise la mise en fonctionnement plus rapide du dispositif antipollution en aval de l'obstacle mélangeur (T), surtout lors du démarrage à froid du moteur (M). On peut donc diminuer la quantité d'agent réducteur injecté dans le conduit (1 ) via l'injecteur (2) en réduisant in fine la consommation d'agent réducteur.
Troisièmement, le choc (K) entre le jet (HC) d'agent et l'écoulement de gaz brûlés se produit sensiblement en amont de l'injecteur (2), c'est-à-dire, à une distance du catalyseur (C) supérieure à celle (X) prédéterminée entre l'injecteur (2) et le catalyseur (C), comme mentionné ci-dessus. Ainsi, la distance parcourue par le mélange « gaz brûlés/agent réducteur » (GHC) avant d'atteindre le catalyseur (C) est plus longue que celle (X) séparant le catalyseur (C) de l'injecteur (2). Comparé à l'état de l'art (JP 2005 214100, JP 61 164017, EP 1 314 634 A1 ), à tous les autres paramètres constants, l'agent de réduction introduit via l'injecteur (2) selon l'invention, dispose donc de plus de temps pour se mélanger avec les gaz brûlés (G) avant d'atteindre l'entrée du catalyseur (C). Cela est particulièrement important lors du fonctionnement à froid du moteur (M).
Dans la variante de réalisation de l'invention évoquée précédemment, avec l'obstacle mélangeur (T) formé par un corps perméable, par exemple, la grille ou la roue de la turbine (T), l'agent réducteur est distribué sur toute la surface du corps perméable de manière homogène en facilitant le mélange d'agent réducteur avec les gaz brûlés traversant l'obstacle mélangeur (T).
La juxtaposition de ces phénomènes obtenue avantageusement grâce au dispositif d'injection selon l'invention permet de favoriser l'échange thermique entre les gaz brûlés et l'agent réducteur injecté dans le conduit d'échappement et d'améliorer l'homogénéité de leur mélange (GHC), tout en réduisant le temps nécessaire pour y parvenir, notamment lors du démarrage à froid.
De même, grâce au dispositif d'injection selon l'invention, il est possible d'installer l'injecteur (2) d'agent réducteur plus près du catalyseur (C). Cela permet de libérer de la place disponible le long du conduit d'échappement pour, par exemple :
- réduire l'encombrement de la ligne d'échappement, et/ou
- augmenter les tailles linéaires du dispositif antipollution le long du conduit d'échappement, et/ou - installer dans le conduit d'échappement d'autres équipements (par exemple, des capteurs de température, de vitesse et/ou des analyseurs des gaz brûlés, etc.).
Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'injection pour injecter un agent réducteur dans un écoulement des gaz brûlés (G), d'une part, formé dans un conduit d'échappement (1 ) en aval d'un moteur (M) à combustion interne et, d'autre part, orienté de la sortie (S1 ) du moteur (M) vers la sortie (S2) de la ligne d'échappement, comportant
- au moins une source (6) d'agent réducteur,
- au moins un injecteur (2) relié à la source (6) d'agent réducteur et formé par au moins un canal d'injection (3) de l'agent réducteur débouchant dans le conduit d'échappement (1 ), l'axe privilégié (CD) du canal d'injection (2) étant incliné d'un angle φ par rapport à l'axe privilégié (AB) du conduit d'échappement (1 ),
- au moins un moyen d'activation (CPU) d'un jet d'agent réducteur provenant de la source (6) d'agent réducteur via le canal d'injection (3), caractérisé en ce que l'axe privilégié (CD) du canal d'injection (2) est orienté à rencontre de l'écoulement de gaz brûlés (G) dans le conduit d'échappement (1 ) et forme un angle φ aigu ou nul avec l'axe privilégié (AB) du conduit d'échappement et en ce que le dispositif d'injection comprend un obstacle mélangeur (T) disposé dans le conduit d'échappement (1 ) en amont de l'injecteur (2) par rapport au sens d'écoulement des gaz brûlés (G) à une distance prédéterminée (Y) du canal d'injection (3).
2. Dispositif d'injection selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'ouverture du canal d'injection (3) est disposée à l'extrémité (4) de l'injecteur (2) débouchant dans le conduit d'échappement (1 ) de façon que l'axe du jet (HC) d'agent réducteur provenant du canal d'injection (3) soit orienté dans le sens opposé à celui de l'écoulement de gaz brûlés (G) dans le conduit d'échappement (1 ).
3. Dispositif d'injection selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'obstacle mélangeur (T) forme un moyen piège d'agent réducteur.
4. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le conduit d'échappement (1 ) est obturé par le corps formant l'obstacle mélangeur (T).
5. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'obstacle mélangeur (T) est formé par un corps perméable à l'écoulement des gaz brûlés (G) dans le conduit d'échappement
(1 )-
6. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'obstacle mélangeur (T) est formé par au moins une partie d'une turbine (T) agencée dans le conduit d'échappement (1 ).
7. Dispositif d'injection selon la revendication 6, caractérisé en ce que la turbine (T) produit en son aval un filet (GT) de gaz brûlés de puissance prédéterminée et en ce que ce filet (GT) de gaz brûlés impacte le jet (HC) d'agent réducteur provenant du canal d'injection (3) de l'injecteur (2) à une autre distance prédéterminée (Z) en amont du canal d'injection (3).
8. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'injecteur (2) est disposé dans un coude (5) en forme de L réalisé par la jonction des deux portions (1 1 , 10) du conduit d'échappement (1 ), les axes privilégiés (AB), (EF) de ces deux portions (11 , 10) formant un angle α, et en ce que l'axe privilégié (CD) du canal d'injection (3) est orienté à rencontre de l'écoulement de gaz brûlés (G) dans la portion (1 1 ) du conduit d'échappement (1 ) en amont du coude (5) et forme un angle φ aigu ou nul avec l'axe privilégié (AB) de cette portion (1 1 ).
9. Dispositif d'injection selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'ouverture du canal d'injection (3) est disposée à l'extrémité (4) de l'injecteur débouchant dans le conduit d'échappement (1 ) de façon que l'axe du jet (HC) d'agent réducteur provenant du canal d'injection (3) soit orienté dans le sens opposé à celui de l'écoulement de gaz brûlés (G) dans la portion (1 1 ) du conduit d'échappement (1 ) en amont du coude (5) en forme de L et coïncide avec l'axe privilégié (AB) de cette portion (1 1 ).
10. Dispositif d'injection selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'au moins un dispositif antipollution (C, FAP) des gaz d'échappement est agencé dans la portion (10) du conduit d'échappement (1 ) en aval du coude (5) en forme de L à une autre distance prédéterminée (X) du canal d'injection (3).
1 1. Dispositif d'injection selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif antipollution (C, FAP) des gaz d'échappement comprend des moyens d'appréciation de son état d'encrassement (P) communiquant avec le moyen d'activation (CPU) du jet (HC) d'agent réducteur, et en ce que le moment et/ou la durée de l'injection d'agent réducteur est régulé(e) par le moyen d'activation (CPU) du jet (HC) d'agent réducteur en fonction de l'état d'encrassement du dispositif antipollution (C, FAP) des gaz d'échappement.
12. Dispositif d'injection selon la revendication 10 ou 1 1 , caractérisé en ce que le dispositif antipollution (C, FAP) des gaz d'échappement comprend des moyens d'appréciation de son état de régénération (7, 8) communiquant avec le moyen d'activation (CPU) du jet (HC) d'agent réducteur, et en ce que le moment et/ou la durée de l'injection d'agent réducteur est régulé(e) par le moyen d'activation (CPU) du jet (HC) d'agent réducteur en fonction de l'état de régénération du dispositif antipollution (C, FAP) des gaz d'échappement.
13. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le canal d'injection (3) débouchant dans le conduit d'échappement (1 ) est disposé à l'extrémité (4) de l'injecteur (2), cette extrémité formant un corps saillant à l'intérieur du conduit d'échappement (1 ).
14. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'obstacle mélangeur (T) est incliné d'un angle 0° < β < 180° par rapport à l'axe privilégié (AB) du conduit d'échappement (1 )-
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