FR2922468A1 - Vaporisateur de liquide et ligne d'echappement de vehicule automobile a moteur thermique equipee d'un tel vaporisateur. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un vaporisateur de liquide destiné à être fixé à une structure d'une ligne d'échappement, le vaporisateur comprenant :- une base (17);- des moyens de liaison de la base (17) à ladite structure ;- une enveloppe (21) creuse délimitant un volume intérieur (23) et présentant une entrée (25) de liquide ;- un élément chauffant (27) au moins partiellement engagé dans le volume intérieur (23) de l'enveloppe (21) ;- des moyens (33) de liaison de l'enveloppe (21) à la base (17).Il est caractérisé en ce que les moyens de liaison de la base (17) à la structure (3) comprennent des premiers moyens d'indexage aptes à bloquer la base (17) par rapport à la structure à une première position angulaire prédéterminée autour d'un axe principal (X) déterminé, les moyens (33) de liaison de l'enveloppe (21) à la base (17) comprenant des seconds moyens d'indexage (75. 77) aptes à bloquer l'enveloppe (21) par rapport à la base (17) à une seconde position angulaire prédéterminée autour dudit axe principal (X) déterminé.

Description

1 Vaporisateur de liquide et ligne d'échappement de véhicule automobile à moteur thermique équipée d'un tel vaporisateur. La présente invention concerne en général les vaporisateurs de liquide, et les lignes d'échappement de véhicule automobile à moteur thermique équipée de 5 tels vaporisateurs. Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier aspect, un vaporisateur de liquide destiné à être fixé à une structure d'une ligne d'échappement, le vaporisateur étant du type comprenant : -unebase; 10 - des moyens de liaison de la base à ladite structure ; - une enveloppe creuse délimitant un volume intérieur et présentant une entrée de liquide ; - un élément chauffant au moins partiellement engagé dans le volume intérieur de l'enveloppe ; 15 - des moyens de liaison de l'enveloppe à la base. Certaines lignes d'échappement de véhicule automobile à moteur Diesel comportent des filtres à particules, avec un vaporisateur du type ci-dessus monté sur l'enveloppe du filtre à particules. Les filtres à particules comprennent un monolithe en céramique, par exemple en cordiérite, comportant des alvéoles en nids 20 d'abeille, obturés à l'une ou l'autre de leurs extrémités. Les gaz d'échappement traversant le filtre à particules sont forcés de parcourir les alvéoles et d'en traverser au moins une paroi. Les particules solides entraînées avec les gaz d'échappement sont piégées dans les alvéoles. En conséquence, le filtre à particules s'encrasse, et crée une perte de 25 charge croissante pour les gaz d'échappement traversant le monolithe, ce qui en-traîne une perte de puissance pour le moteur. II est donc nécessaire de régénérer périodiquement le filtre à particules, par combustion des particules piégées dans les alvéoles. Ces particules sont essentiellement constituées de carbone. Pour amorcer la combustion des particules, il 30 est nécessaire de réaliser un apport d'énergie thermique, de manière à élever la température de la céramique. La combustion des particules commence à se produire aux environs de 550°C dans le cas d'un filtre non imprégné de catalyseur, et vers 450°C pour un filtre imprégné avec un catalyseur.

En vue de réaliser l'apport d'énergie thermique, il est connu de disposer un vaporisateur à l'entrée du filtre à particules, en vue d'injecter des vapeurs de gazole immédiatement en amont du monolithe de céramique. Le gazole arrive au vaporisateur sous forme liquide, et est vaporisé au contact de l'élément chauffant du vaporisateur. Le gazole gazeux se mélange aux gaz d'échappement et brûle en consommant une partie de l'oxygène se trouvant dans les gaz d'échappement. Cette combustion permet d'augmenter la température des gaz d'échappement rencontrant le monolithe et de déclencher la régénération du filtre à particules.

Le vaporisateur est généralement rapporté sur l'extérieur de l'enveloppe du filtre à particules. Il doit être connecté à une tubulure d'alimentation en gazole, et à un câble électrique d'alimentation de l'élément chauffant électrique. Lorsqu'on fixe le vaporisateur sur l'enveloppe du filtre à particules, il est fréquent que la tubulure d'alimentation en gazole soit difficile à raccorder à l'entrée de l'enveloppe du vaporisateur. II est alors nécessaire d'utiliser une tubulure de forme complexe, qui est, dans certains cas, incompatible avec la géométrie de l'échappement. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un vaporisateur dont le montage sur la ligne d'échappement soit plus facile.

A cette fin, l'invention porte sur un vaporisateur du type précité, caractérisé en ce que les moyens de liaison de la base à la structure comprennent des premiers moyens d'indexage aptes à bloquer la base par rapport à la structure à une première position angulaire prédéterminée autour d'un axe principal déterminé, les moyens de liaison de l'enveloppe à la base comprenant des seconds moyens d'indexage aptes à bloquer l'enveloppe par rapport à la base à une seconde posi- tion angulaire prédéterminée autour dudit axe principal déterminé. Le vaporisateur peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - les moyens de liaison de l'enveloppe à la base comprennent un filetage ménagé sur l'un de l'enveloppe et de la base, et un taraudage complémentaire du filetage ménagé sur l'autre de l'enveloppe et de la base, le filetage et le taraudage ayant l'axe principal comme axe central ; 3 - les moyens de liaison de l'enveloppe à la base comprennent une butée bloquant l'enveloppe par rapport à la base selon l'axe principal à une position axiale prédéterminée lors du vissage de l'enveloppe sur la base par l'intermédiaire du filetage et du taraudage ; - le filetage et le taraudage sont tels que, quand l'enveloppe occupe par rapport à la base sa position axiale prédéterminée selon la direction principale, elle occupe également par rapport à la base sa seconde position angulaire prédéterminée autour dudit axe principal ; - les premiers moyens d'indexage comprennent un ergot porté par l'un de la structure et de la base et un logement ménagé dans l'autre de la structure et de la base ; -l'élément chauffant présente une forme allongée suivant l'axe principal et s'étend suivant l'axe principal ; - l'élément chauffant est vissé sur l'enveloppe ; - la base est soudée sur la structure ; et - le vaporisateur est prévu pour vaporiser du gazole. Selon un second aspect, l'invention porte sur une ligne d'échappement de véhicule automobile à moteur thermique, comprenant un filtre à particules et un vaporisateur présentant les caractéristiques ci-dessus, aptes à vaporiser un li- quide dans les gaz d'échappement en amont du filtre à particules en vue de dé- colmater ledit filtre à particules. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limita-tif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique en coupe, d'un filtre à par- ticules sur lequel est monté un vaporisateur de gazole conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective, éclatée, du vaporisateur de la figure 1. Le vaporisateur 1 représenté sur la figure 1 est destiné typiquement à être monté à l'entrée d'un filtre à particules. Le filtre à particules 3 comporte une coque externe 5, et un monolithe en céramique 7 disposé à l'intérieur de la coque 5. La coque 5 délimite une entrée 9 pour les gaz d'échappement, une sortie non représentée pour les gaz d'échappement, et un conduit interne reliant l'entrée 9 à la 4 sortie. Le monolithe 7 est interposé entre l'entrée 9 et la sortie, de telle sorte que les gaz d'échappement soient forcés de le traverser en circulant à travers le filtre à particules de l'entrée 9 vers la sortie. L'entrée 9 est raccordée au collecteur d'échappement, qui capte les gaz s'échappant des chambres de combustion du moteur thermique. La sortie est raccordée à l'extrémité de la ligne d'échappement par laquelle lesdits gaz d'échappement sont relâchés dans l'atmosphère. L'enveloppe 5 comprend une virole 11 sensiblement cylindrique dans la-quelle est logé le monolithe 7, un tronçon d'entrée 13 sensiblement cylindrique de diamètre réduit par rapport à la virole 11, et un tronçon tronconique 15 raccordant le tronçon 13 à la virole 11. Le tronçon 13 délimite l'entrée 9. Comme le montre la figure 1, le vaporisateur 1 est monté sur le tronçon d'entrée 13 de la coque. Le vaporisateur 1 comporte : - une base 17 sensiblement annulaire ; - des moyens 19 de liaison de la base 17 au tronçon d'entrée 13 ; - une enveloppe creuse 21 délimitant un volume intérieur 23 et présentant une entrée 25 de gazole ; - un élément chauffant électrique 27 partiellement engagé dans le volume intérieur 23 de l'enveloppe ; - un générateur électrique 29 d'alimentation de l'élément chauffant 27, rac- cordé électriquement audit élément chauffant 27 ; - des moyens 31 d'alimentation de l'enveloppe en gazole, raccordé à l'entrée 25; - des moyens de liaison 33 de l'enveloppe à la base.

La base 17 est une pièce métallique sensiblement annulaire délimitant intérieurement un passage cylindrique 35. Le passage est placé en correspondance avec un orifice 37 ménagé dans la coque 5. Les moyens de liaison 19 de la base 17 comporte typiquement un cordon ou des points de soudure 39 solidarisant la périphérie de la base 17 à un méplat du tronçon d'entrée 13. Les moyens de liaison 19 comportent également des moyens d'indexage 41 aptes à bloquer la base 17 par rapport à la coque 5 à une première position angulaire prédéterminée autour de l'axe X-X. L'axe X-X est l'axe de symétrie de la base 17.

Les moyens d'indexage 41 comportent par exemple un ergot 43 en saillie par rapport à la face 45 de la base plaquée contre le tronçon d'entrée 13. Ils comportent également un logement 47 ménagé dans la surface extérieure du tronçon d'entrée 13, et de forme conjuguée à l'ergot 43.

L'enveloppe 21 est représentée sur la figure 2. Elle présente généralement une symétrie de révolution autour d'un axe X. Elle comporte, à une extrémité, une partie cylindrique ouverte 49 destinée à s'engager dans le tronçon d'entrée 13 de l'enveloppe. La partie 49 se prolonge par une partie 51 de même diamètre destinée à s'engager dans la base 17, puis par une partie 52 de diamètre extérieure élargi, un épaulement 53 étant ainsi ménagé entre les parties 51 et 52. L'entrée 25 est ménagée dans la partie 52 et présente la forme d'un piquage cylindrique d'axe de symétrie Y incliné par rapport à l'axe X. Le piquage 25 débouche dans le volume interne 23. L'enveloppe 21 comporte à l'opposé de la partie 49 une tête hexagonale 55 délimitant intérieurement un passage cylindrique 57 taraudé. Le passage 57 débouche d'un côté dans le volume interne 23 et de l'autre à l'exté- rieur de l'enveloppe 21. L'élément chauffant 27 présente une forme allongée suivant l'axe X et est vissé dans le passage taraudé 57. Il comporte successivement, suivant l'axe X, une tête hexagonale 59, une partie filetée 61 destinée à coopérer avec le passage taraudé 57, et une partie active de chauffage 63. La partie 61 est destinée à être vissée dans le passage 57 de manière étanche. La tête hexagonale 59 reste à l'extérieur du volume interne 23. La partie active 63 présente un diamètre réduit par rapport à la partie filetée 61. Elle est disposée à l'intérieur du volume interne 23 de l'enveloppe.

Les moyens 31 d'alimentation en gazole comportent, comme illustré sur la figure 1, une capacité 65 de stockage d'une réserve de gazole, une ligne 67 raccordant une sortie 69 située en point bas de la capacité 65 à l'entrée 25 de l'enveloppe, une électrovanne 71 apte à obturer ou dégager le conduit 67, et un calculateur 73 de pilotage de l'électrovanne 71.

Les moyens 33 de liaison de l'enveloppe à la base comportent un taraudage 75 ménagé sur le passage interne 35 de la base, et un filetage 77 ménagé extérieurement sur la partie 51 de l'enveloppe. Le taraudage 75 et le filetage 77 sont complémentaires, de telle sorte qu'il est possible de visser l'enveloppe 21 sur 6 la base 17, en engageant la partie 51 dans le passage interne 35. L'axe central du taraudage 75 et du filetage 77 est l'axe X. Au cours de cette opération de vissage, la partie 51 pénètre progressive-ment axialement à l'intérieur du passage 35, jusqu'à ce que l'épaulement 53 de l'enveloppe vienne en butée sur la face annulaire 79 de la base opposée à la sur-face 45. Le filetage et le taraudage sont prévus pour que, quand l'enveloppe est en butée sur la base par l'intermédiaire de l'épaulement 53, l'entrée 25 occupe une position angulaire prédéterminée autour de l'axe X par rapport à la base. Ce résul- tat est obtenu en contrôlant parfaitement la position angulaire de l'entrée 81 du taraudage par rapport à l'ergot 43, et la position de la fin 83 du filetage par rapport à l'entrée 25. Dans l'exemple de réalisation, illustré sur la figure 2, l'entrée 81 du taraudage est le point du taraudage qui se trouve au niveau de la face plane annulaire 15 79 de la base. Le filetage 77 comporte, quant à lui, une entrée 85 et une fin 83. La fin 83 se situe au niveau de l'épaulement 53, l'entrée 85 étant l'autre extrémité du filetage. Par exemple, l'entrée 85 est située à l'extrémité axiale de la partie 51. Ainsi, quand on visse la partie 49 dans le passage 35, on place initialement 20 l'entrée 85 du filetage dans une position angulaire autour de l'axe X correspondant à celle de l'entrée 81 du taraudage, puis on fait tourner le corps 21 autour de l'axe X dans le sens horaire. Quand l'enveloppe 21 arrive en butée par l'intermédiaire de l'épaulement 53 contre la face plane 79 de la base, la fin 83 du filetage se trouve dans la même position angulaire autour de l'axe X que l'entrée 81 du tarau- 25 dage. Si on appel a l'écartement angulaire autour de l'axe X, entre l'ergot 43 et l'entrée 81 du taraudage et p l'écartement angulaire autour de l'axe X entre la fin 83 du filetage et l'entrée 25, alors l'entrée 25 se trouve toujours écartée d'un angle a + p de l'ergot 43 autour de l'axe X. On maîtrise ainsi parfaitement la position an- 30 gulaire de l'entrée 25 de gazole par rapport à l'ergot 43 de la base. On maîtrise donc également de ce fait la position de l'entrée 25 par rapport à l'enveloppe 5. En effet, la position angulaire de l'ergot 43 autour de l'axe X par rapport à l'enveloppe 5 est prédéterminée, du fait que l'ergot 43 est engagé dans le logement 47. La séquence de montage du vaporisateur décrit ci-dessus sur le filtre à particules va maintenant être détaillée.

La base 17 est d'abord placée sur le tronçon d'entrée 13 de la coque, et est orientée autour de son axe X, de telle sorte que l'ergot 43 pénètre dans le loge-ment 47. Le passage 35 est alors en correspondance avec l'orifice 37 du tronçon d'entrée 13. Puis, la base 17 est rigidement fixée sur le tronçon d'entrée 13 par soudage. L'enveloppe 21 est ensuite vissée sur la base 17. Quand la partie 51 est engagée au maximum dans le passage interne taraudé 35 de la base, de telle sorte que l'épaulement 53 soit en butée sur la face supérieure plane 79 de la base, la fin 83 du filetage se trouve à une position angulaire autour de l'axe X identique à celle de l'entrée 81 du taraudage. La position angulaire de l'entrée 25 est alors parfaitement maîtrisée à une valeur prédéterminée par rapport à l'ergot 43. Puis, l'entrée 25 est raccordée au conduit 67 d'alimentation en gazole. L'élément chauffant 27 est ensuite monté sur l'enveloppe 21, par vissage de la partie 61 dans le passage taraudé 57. L'élément chauffant 27 est ensuite raccordé au générateur électrique 29. Le vaporisateur peut être démonté du filtre à particules suivant une procé- 20 dure inverse, en vue de son remplacement ou en vue du remplacement du filtre à particules. Dans le cas où on remplace le filtre à particules, en conservant le même vaporisateur, il suffit que le nouveau filtre à particules ait un logement 47 position-né au même endroit que l'ancien pour s'assurer que l'entrée 25 de l'enveloppe, 25 une fois le vaporisateur monté sur le nouveau filtre à particules, soit orientée de la même façon autour de l'axe X par rapport au filtre à particules. Le conduit 67 pourra alors être facilement raccordé sur l'entrée 25. Dans le cas où on conserve le même filtre à particules mais où on change le vaporisateur entièrement, si le nouveau vaporisateur possède un ergot 43, un 30 taraudage 75, un filetage 77 et une entrée 25 agencés de manière similaire à ceux du vaporisateur d'origine, l'entrée 25 du nouveau vaporisateur sera orientée dans la même direction que l'entrée de l'ancien vaporisateur par rapport au filtre à parti-cules, ce qui facilite le raccordement au conduit de gazole 67. 8 Si on ne change que l'enveloppe du vaporisateur, il suffit que le filetage 77 et l'entrée 25 de la nouvelle enveloppe soient similaires à ceux de l'ancienne enveloppe, pour que l'entrée 25 soit automatiquement orientée dans la même direction que l'entrée de l'ancienne enveloppe.

Le vaporisateur présente donc de multiples avantages. Du fait que les moyens de liaison de la base à la structure comprennent des premiers moyens d'indexage aptes à bloquer la base par rapport à la structure à une première position angulaire prédéterminée autour d'un axe principal déterminé, et que les moyens de liaison de l'enveloppe à la base comprennent des se- tonds moyens d'indexage aptes à bloquer l'enveloppe par rapport à la base à une seconde position angulaire prédéterminée autour dudit axe principal déterminé, l'orientation de l'entrée de liquide du vaporisateur est bien maîtrisée, et il est facile de la raccorder au conduit d'amenée de liquide. Le conduit d'amenée de liquide a toujours une forme simple, et est facile à agencer dans l'environnement de la ligne d'échappement. Le fait de fixer l'enveloppe sur la base à l'aide d'un filetage coopérant avec un taraudage, permet de monter l'enveloppe de manière simple et rapide. Du fait que l'enveloppe comporte une butée bloquant l'enveloppe axiale-ment par rapport à la base, et que le filetage et le taraudage sont prévus pour que l'enveloppe occupe une position angulaire prédéterminée quand elle est en butée, la position de l'entrée de liquide de l'enveloppe par rapport à la base est parfaite-ment maîtrisée. Par ailleurs, les moyens d'indexage de la base par rapport à la structure sont constitués d'un ergot correspondant à un logement, ce qui permet de maîtriser de manière très simple l'orientation de la base par rapport à la struc- ture. Le vaporisateur peut présenter de multiples variantes. Les moyens de liaison de l'enveloppe à la base peuvent être différents du filetage coopérant avec un taraudage. L'enveloppe peut par exemple être soudée sur la base. Dans ce cas, les moyens d'indexage de l'enveloppe par rapport à la base autour de l'axe X peuvent par exemple comprendre un ergot coopérant avec un logement. De même, les moyens de liaison de la base à la structure peuvent être différents du soudage. Par exemple, la base peut être vissée sur la structure. Dans 9 ce cas, les moyens d'indexage de la base sur la structure autour de l'axe X comprennent par exemple une butée et un ensemble filetage-taraudage permettant d'imposer une position angulaire à la base autour de l'axe X quand celle-ci est en butée.

Le vaporisateur peut vaporiser un autre liquide que du gazole, par exemple de l'urée, du méthanol, de l'éthanol, ou tout autre liquide adéquat. Ce liquide peut être injecté en vue de permettre le décolmatage du filtre à particules, mais peut être aussi injecté pour une toute autre raison. Le vaporisateur peut être fixé non pas directement sur la coquille du filtre à particules mais par exemple sur un conduit de gaz d'échappement situé immédiatement en amont du filtre à particules. Il peut être également fixé en tout autre endroit de la ligne d'échappement selon les besoins. Dans les moyens d'indexage de la base sur la structure, l'ergot peut ne pas être ménagé sur la base mais plutôt sur la structure, le logement correspondant étant alors ménagé sur la base. De même, dans les moyens d'indexage de l'enveloppe sur la base, le filetage peut être ménagé sur une protubérance cylindrique de la base, le taraudage étant ménagé sur une surface interne de la partie d'extrémité 49 de l'enveloppe. L'entrée du taraudage de la base peut ne pas coïncider avec la face plane supérieure 79 de la base. Cette entrée peut être ménagée en un autre point de la surface interne délimitant le passage 35 de la base. De même, l'extrémité 83 du filetage peut ne pas être située au niveau de l'épaulement formant butée de l'enveloppe, mais être située à distance de cet épaulement. La fin 83 du filetage n'est pas nécessairement en correspondance avec l'entrée 81 du taraudage quand l'enveloppe est en butée contre la base.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Vaporisateur de liquide destiné à être fixé à une structure (3) d'une ligne d'échappement, le vaporisateur (1) comprenant : - une base (17) ; -des moyens (19) de liaison de la base (17) à ladite structure (3) ; - une enveloppe (21) creuse délimitant un volume intérieur (23) et présentant une entrée (25) de liquide ; - un élément chauffant (27) au moins partiellement engagé dans le volume intérieur (23) de l'enveloppe (21) ; -des moyens (33) de liaison de l'enveloppe (21) à la base (17) ; caractérisé en ce que les moyens (19) de liaison de la base (17) à la structure (3) comprennent des premiers moyens d'indexage (41) aptes à bloquer la base (17) par rapport à la structure (3) à une première position angulaire prédéterminée au-tour d'un axe principal (X) déterminé, les moyens (33) de liaison de l'enveloppe (21) à la base (17) comprenant des seconds moyens d'indexage (75, 77) aptes à bloquer l'enveloppe (21) par rapport à la base (17) à une seconde position angulaire prédéterminée autour dudit axe principal (X) déterminé.

2. Vaporisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (33) de liaison de l'enveloppe (21) à la base (17) comprennent un filetage (77) ménagé sur l'un de l'enveloppe (21) et de la base (17), et un taraudage (75) complémentaire du filetage (77) ménagé sur l'autre de l'enveloppe (21) et de la base (17), le filetage (77) et le taraudage (75) ayant l'axe principal (X) comme axe central.

3. Vaporisateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (33) de liaison de l'enveloppe (21) à la base (17) comprennent une butée (53) bloquant l'enveloppe (21) par rapport à la base (17) selon l'axe principal (X) à une position axiale prédéterminée lors du vissage de l'enveloppe (21) sur la base (17) par l'intermédiaire du filetage (77) et du taraudage (75).

4. Vaporisateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le filetage (77) et le taraudage (75) sont tels que, quand l'enveloppe (21) occupe par rapport à la base (17) sa position axiale prédéterminée selon la direction principale, elle occupe également par rapport à la base (17) sa seconde position angulaire prédéterminée autour dudit axe principal (X). 11

5. Vaporisateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les premiers moyens d'indexage (41) comprennent un ergot (43) porté par l'un de la structure (3) et de la base (17) et un logement (47) ménagé dans l'autre de la structure (3) et de la base (17).

6. Vaporisateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément chauffant (27) présente une forme allongée suivant l'axe principal (X) et s'étend suivant l'axe principal (X).

7. Vaporisateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément chauffant (27) est vissé sur l'enveloppe (21).

8. Vaporisateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractéri- sé en ce que la base (17) est soudée sur la structure (3).

9. Vaporisateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le vaporisateur (1) est prévu pour vaporiser du gazole.

10. Ligne d'échappement de véhicule automobile à moteur thermique, comprenant un filtre à particules (3) et un vaporisateur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, apte à vaporiser un liquide dans les gaz d'échappement en amont du filtre à particules (3) en vue de décolmater le filtre à particules (3).