FR2900962A1 - Ligne d'echappement comportant un injecteur de carburant et une plaque adaptee a la vaporisation du carburant injecte sur ladite plaque - Google Patents

Ligne d'echappement comportant un injecteur de carburant et une plaque adaptee a la vaporisation du carburant injecte sur ladite plaque Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne une ligne d'échappement (6) d'un moteur à combustion interne comportant une conduite d'échappement (61), dans laquelle circule des gaz d'échappement (66), et un injecteur de carburant (5) disposé dans ladite conduite d'échappement auquel est associée une plaque (10) sur laquelle est destiné à être projeté un jet de carburant (52) provenant dudit injecteur de carburant.Selon l'invention, la normale (N) à ladite plaque est orientée dans un plan transversal à la direction de la ligne moyenne de la conduite d'échappement.

Description

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention
concerne de manière générale les moteurs à combustion. L'invention concerne plus particulièrement une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne comportant une conduite d'échappement, dans laquelle circule des gaz d'échappement, et un injecteur de carburant disposé dans ladite conduite d'échappement auquel est associée une plaque sur laquelle est destiné à être projeté un jet de carburant provenant dudit injecteur de carburant. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les ligne d'échappement de moteur à combustion interne sont pourvues généralement de moyens de dépollution et de filtrage des gaz d'échappement traversés par la conduite d'échappement. Ces moyens de dépollution et de filtrage des lignes d'échappement comportent usuellement un pot catalytique et un filtre à particules. Le filtre à particules permet de récupérer les particules polluantes émises par la combustion du mélange de gaz frais dans la chambre de combustion du moteur. À partir d'un certain taux de remplissage du filtre à particules, son efficacité diminue fortement. Il convient alors d'éliminer les particules qui remplissent le filtre à particules. Pour cela on réalise une phase de régénération qui consiste injecter du carburant dans la ligne d'échappement, ce qui entraîne une phase d'oxydation exothermique dans le pot catalytique. Les gaz d'échappement sortent alors du pot catalytique avec une température élevée et entrent dans le filtre à particules en brûlant les particules polluantes qui remplissent le filtre à particules.
Il est connu pour augmenter les performances de cette phase de régénération de disposer un injecteur de carburant supplémentaire directement dans la ligne d'échappement. La difficulté consiste alors à maîtriser la vaporisation du carburant et son homogénéisation dans les gaz d'échappement pour optimiser la combustion des particules remplissant le filtre à particules et ne pas rejeter d'hydrocarbures dans l'atmosphère. Le document EP 1314864 propose un injecteur de carburant positionné dans une conduite d'échappement, dans lequel le nez de l'injecteur de carburant est entouré de plaques qui sont destinées à protéger le nez de l'injecteur de carburant du flux des gaz d'échappement. La projection de carburant sur ces plaques peut permettre d'améliorer la vaporisation du carburant injecté, mais ces plaques s'étendent transversalement au sens de circulation des gaz d'échappement pour justement protéger le nez du flux de gaz d'échappement et donc provoquent des pertes de charge dans le circuit d'échappement, ce qui diminue les performances du moteur. Le document US 6539708 propose également un injecteur de carburant positionné dans une conduite d'échappement. Selon ce document, il est prévu une plaque utilisée pour disperser le carburant projeté sur ladite plaque, mais l'inclinaison de la plaque est réglée par rotation autour d'un axe de direction transversale à la direction du flux de gaz d'échappement, ce qui fait que la plaque entrave une partie de la section de passage de la conduite d'échappement, la surface de cette partie de section étant fonction de l'inclinaison de la plaque. Le flux de gaz échappement est alors diminué ce qui provoque des pertes de charge dans la conduite d'échappement et donc une diminution des performances du moteur. OBJET DE L'INVENTION L'invention propose une nouvelle ligne d'échappement dans laquelle le carburant injecté est correctement vaporisé et diffusé dans les gaz d'échappement, tout en limitant les pertes de charge dans la conduite d'échappement. À cet effet, on propose selon l'invention une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne comportant une conduite d'échappement, dans laquelle circule des gaz d'échappement, et un injecteur de carburant disposé dans ladite conduite d'échappement auquel est associée une plaque sur laquelle est destiné à être projeté un jet de carburant provenant dudit injecteur de carburant, dans laquelle la normale à ladite plaque est orientée dans un plan transversal à la direction de la ligne moyenne de la conduite d'échappement. L'impact du jet de carburant sur la plaque permet de fragmenter les gouttelettes de carburant, ce qui augmente la surface d'échange du carburant avec les gaz d'échappement chauds et donc favorise la vaporisation du carburant dans la conduite d'échappement. En outre, l'impact du jet de carburant sur la plaque permet de dévier les gouttelettes de carburant et donc de les disperser dans les gaz d'échappement. La vaporisation et la dispersion du carburant injecté favorisent ainsi la diffusion de ce carburant injecté dans les gaz d'échappement.
Au surplus, seule la tranche de la plaque fait face aux flux d'écoulement de gaz d'échappement ce qui permet de limiter les pertes de charge du flux d'écoulement des gaz d'échappement dans la conduite d'échappement. Enfin, l'orientation de la plaque permet d'exposer les deux faces de la plaque aux flux d'écoulement des gaz d'échappement, les deux faces étant alors soumises à la température des gaz d'échappement, ce qui favorise la vaporisation du jet de carburant projeté sur la plaque. Selon une première caractéristique avantageuse de l'invention, la plaque comporte au moins un trou.
La présence d'au moins un trou dans la plaque permet de dévier une partie du jet de carburant projeté sur ce trou, de l'autre côté de la plaque, ce qui augmente la dispersion du carburant dans les gaz d'échappement et favorise donc la diffusion du carburant dans les gaz échappement. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de la ligne d'échappement selon l'invention sont les suivantes : - la plaque comporte une pluralité de trous ; - il est prévu des moyens de fixation de la plaque sur l'injecteur de carburant ; la plaque est plane ou ondulée; - la plaque et l'injecteur de carburant sont décentrés par rapport à la ligne moyenne de la conduite d'échappement ; la plaque est agencée avec l'injecteur de carburant de telle sorte que l'injecteur de carburant soit hors de portée d'une réflexion du jet de carburant sur la plaque ; la position de la plaque est réglable angulairement par rotation autour d'un axe parallèle à la ligne moyenne de la conduite d'échappement. - la ligne d'échappement comporte des moyens de dépollution et de filtrage des gaz d'échappement traversés par la conduite d'échappement et disposés en aval, dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement, de l'injecteur de carburant.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une partie d'une conduite d'échappement équipée d'un injecteur et d'une plaque selon l'invention ; -la figure 2 est une vue en coupe transversale de la partie de la conduite d'échappement de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective de l'injecteur de carburant et de la plaque de la figure 1 ; et - la figure 4 est une vue en perspective de l'impact d'un jet de carburant projeté sur la plaque selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté une partie d'une ligne d'échappement 6 d'un moteur à combustion interne. Cette ligne d'échappement 6 comporte une conduite d'échappement 61 dans laquelle circule des gaz d'échappement 66 et des moyens de dépollution et de filtrage (non représentés) des gaz d'échappement traversés par ladite conduite d'échappement 61. Les moyens de dépollution et de filtrage (non représentés) sont ici constitués d'un pot catalytique et d'un filtre à particules. Cette ligne d'échappement 6 comporte également, d'une part, un injecteur de carburant 5 dont le nez 51 débouche dans la conduite d'échappement 61, en amont du pot catalytique de manière à pouvoir injecter du carburant dans la ligne d'échappement 6 pour régénérer le filtre à particules et, d'autre part, une plaque 10 sur laquelle est destiné à être projeté un jet de carburant 52 provenant dudit injecteur de carburant 5. Avantageusement, selon l'invention, la plaque est agencée de telle sorte que la normale N à ladite plaque 10 soit orientée dans le plan transversal à la direction de la ligne moyenne de la conduite d'échappement 61. Ici, au lieu de positionnement de la plaque 10, la direction de la ligne moyenne de la conduite d'échappement 61 est sensiblement la direction d'écoulement des gaz d'échappement 66 (voir figure 2). Ainsi, sur le dessin de la figure 2, au lieu de positionnement de la plaque 10 auquel est attaché le repère XYZ, l'axe Z étant parallèle à la direction d'écoulement des gaz d'échappement 66 (ou encore la direction de la ligne moyenne de la conduite d'échappement), la normale N à ladite plaque 10 s'étend dans le plan XY qui est transversal à la direction de l'axe Z. Cette plaque 10 est destinée comme expliqué ciaprès à favoriser la vaporisation du carburant injecté et à homogénéiser le jet de carburant 52 dans les gaz d'échappement 66 tout en limitant les pertes de charge dans la conduite d'échappement 61. Comme représenté sur les figures 2 et 3, la plaque 10 est plane. En variante, la plaque 10 peut présenter une forme sensiblement courbe, à condition que la normale N en tout point de la plaque 10 soit toujours orientée dans le plan transversal à la ligne moyenne de la conduite d'échappement 61. La plaque 10 comporte une pluralité de trous 11. Un tel diamètre des trous 11 de la plaque 10 permet d'optimiser la quantité de carburant réfléchie sur la plaque 10, la quantité de carburant transmise de l'autre côté de la plaque 10, ainsi que la fragmentation des gouttelettes de carburant. La faible épaisseur de la plaque 10 limite la surface de la tranche qui fait face aux flux de gaz d'échappement 66 et donc limite la perte de charge du flux de gaz d'échappement dans la conduite d'échappement 61. Il est prévu des moyens de fixation 21, 22, par exemple des pattes de fixation, de la plaque 10 sur l'injecteur de carburant 5. En variante, on peut prévoir que les moyens de fixation soient reliés à la paroi de la conduite d'échappement 61. Comme représenté sur la figure 2, la plaque 10 et l'injecteur de carburant 5 sont décentrés par rapport à la ligne moyenne de la conduite d'échappement.
Ainsi, la direction d'injection de carburant est décentrée par rapport à la ligne moyenne de la conduite d'échappement, ce qui permet d'augmenter l'angle de réflexion du jet de carburant 52 sur la plaque 10 et donc d'augmenter la dispersion du carburant dans les gaz d'échappement. La plaque 10 est inclinée d'un angle A par rapport à la direction d'injection de carburant, l'angle étant choisi de manière à optimiser la dispersion du jet de carburant 52 projeté sur la plaque 10. En outre, l'injecteur de carburant 5, est situé à une distance choisie du point d'impact du jet de carburant 52 sur la plaque 10 de telle sorte que l'injecteur de carburant 5 soit hors de portée d'une réflexion du jet de carburant 52 sur la plaque 10.
Lors d'un phase de régénération du filtre à particules, l'injecteur de carburant 5 et la plaque 10 sont utilisés de la manière suivante. Les gaz échappement 66 circulent dans la conduite échappement 61 et longent la plaque 10. Or, seule la tranche de la plaque 10 fait face aux flux d'écoulement de gaz d'échappement, ce qui permet de limiter les pertes de charge du flux d'écoulement des gaz d'échappement dans la conduite d'échappement 61. Un jet de carburant 52 est projeté sur la plaque 10 ce qui entraîne la fragmentation des gouttelettes de carburant et facilite la vaporisation du jet de carburant 52 au contact des gaz d'échappement 66 chauds. Au surplus, grâce à l'orientation de la normale à la plaque 10 dans le plan transversal à la direction de l'écoulement des gaz d'échappement, le flux de gaz d'échappement longe et chauffe la plaque 10 de part et d'autres de ces deux faces ce qui favorise la vaporisation du jet de carburant 52, 53, 54 projeté sur la plaque 10.
L'impact du jet de carburant 52 sur la plaque 10 permet également de dévier par réflexion une partie 53 du jet de carburant 52, ce qui participe à la dispersion du jet de carburant dans les gaz d'échappement 66 (voir figure 4). Enfin, toujours sur la figure 4, les trous 11 de la plaque 10 permettent de dévier, de l'autre côté de la plaque 10, une autre partie 54 du jet de carburant 52 projeté sur la plaque 10, ce qui augmente la dispersion du carburant dans les gaz d'échappement 66. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.
On peut prévoir que la position de la plaque est réglable angulairement par rotation autour d'un axe parallèle à la ligne moyenne de la conduite d'échappement. Quelle que soit l'inclinaison de la plaque, celle-ci expose toujours uniquement sa tranche aux flux de gaz d'échappement. Ainsi, la perte de charge du flux de gaz d'échappement dans les conduits d'échappement est très limitée et est indépendante de l'inclinaison de la plaque. De préférence, on utilise ici un injecteur de carburant à haute pression, mais bien entendu, l'invention s'applique à tout type d'injecteur de carburant.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Ligne d'échappement (6) d'un moteur à combustion interne comportant une conduite d'échappement (61), dans laquelle circule des gaz d'échappement (66), et un injecteur de carburant (5) disposé dans ladite conduite d'échappement (61) auquel est associée une plaque (10) sur laquelle est destiné à être projeté un jet de carburant (52) provenant dudit injecteur de carburant (5), caractérisée en ce que la normale (N) à ladite plaque (10) est orientée dans un plan transversal à la direction de la ligne moyenne de la conduite d'échappement (61).
2. Ligne d'échappement (6) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la plaque (10) comporte au moins un trou (11).
3. Ligne d'échappement (6) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la plaque (10) comporte une pluralité de trous (11)
4. Ligne d'échappement (6) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il est prévu des moyens de fixation (21,22) de la plaque (10) sur l'injecteur de carburant (5).
5. Ligne d'échappement (6) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la plaque (10) est plane ou ondulée.
6. Ligne d'échappement (6) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la position de la plaque (10) est réglable angulairement par rotation autour d'un axe parallèle à la ligne moyenne de la conduite d'échappement.
7. Ligne d'échappement (6) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la plaque (10) et l'injecteur de carburant (5) sont décentrés par rapport à la ligne moyenne de la conduite d'échappement (61).
8. Ligne d'échappement (6) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la plaque (10) est agencée avec l'injecteur de carburant (5) de telle sorte que l'injecteur de carburant (5) soit hors de portée d'une réflexion du jet de carburant (52, 53, 54) sur la plaque (10).
9. Ligne d'échappement (6) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de dépollution et de filtrage des gaz d'échappement (66) traversés par la conduite d'échappement (61) et disposés en aval, dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement (66), de l'injecteur de carburant (5).
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