Dispositif d'échappement de moteur thermique

Abstract

 Dispositif d'échappement de moteur thermique comprenant un conduit principal d'échappement (1) en direction d'un organe de dépollution (2) et des moyens d'injection de carburant (3) dans le conduit en amont de cet organe, caractérisé en ce que le flux des gaz d'échappement est partiellement dérivé en amont des moyens d'injection (3) dans une branche secondaire (4) rejoignant le conduit (1) avant l'organe de dépollution (2).

Description

[0001] La présente invention se rapporte à l'échappement et au traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique.

[0002] Plus précisément, elle concerne un dispositif d'échappement de moteur thermique comprenant un conduit d'échappement en direction d'un organe de dépollution, et des moyens d'injection de carburant dans le conduit en amont de cet organe.

[0003] Cette invention trouve une application sur tout conduit d'échappement associé à un injecteur de carburant destiné à faciliter des réactions d'oxydation exothermiques au sein d'un premier organe de dépollution, tel qu'un catalyseur d'oxydation, en vue d'amorcer la régénération d'un filtre à particules disposé en aval de celui-ci.

[0004] L'implantation d'un injecteur à l'échappement afin d'amorcer la régénération du filtre à particules nécessite des conditions particulières, pour effectuer une combustion homogène dans le filtre à particules. Un des principaux paramètres permettant une combustion homogène dans le filtre, est la répartition homogène du mélange air/carburant en entrée du filtre. La distance séparant l'injecteur de l'entrée filtre, est généralement trop faible pour que le mélange air/carburant injecté soit bon. De nombreux artifices aérodynamiques sont donc utilisés pour améliorer le mélange. Toutefois, cette amélioration est généralement obtenue au prix d'une augmentation de la perte de charge.

[0005] La publication EP 1 022 048 montre par exemple un système de pales, insérées dans la ligne pour permettre le mélange du gaz air/carburant. Comme la majeure partie des solutions proposées, les pales engendrent néanmoins dans la ligne d'échappement, des pertes de charge non négligeables, avec risque de condensation partielle du carburant sur celles-ci.

[0006] La présente invention vise à mélanger le carburant injecté dans la ligne échappement, en limitant les pertes de charge induites.

[0007] Dans ce but, elle propose que le flux des gaz d'échappement soit partiellement dérivé en amont des moyens d'injection, dans une branche secondaire rejoignant le conduit avant l'organe de dépollution.

[0008] De préférence, le conduit présente une restriction de section, au niveau du raccordement de la branche secondaire sur celui-ci.

[0009] Une telle restriction peut avantageusement être placée au départ d'un cône d'entrée de l'organe de dépollution.

[0010] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels :

• la figure 1 se rapporte à un premier mode de réalisation de l'invention,
• la figure 2 se rapporte à un deuxième mode de réalisation de l'invention, et
• les figures 3A et 3B illustrent deux variantes de ces modes de réalisations

[0011] Le conduit d'échappement 1 montré sur les figures, présente un coude 1b. Avant ce coude, on trouve un injecteur 3 de carburant à l'échappement, parfois appelé « cinquième injecteur ». Il est destiné à favoriser des réactions d'oxydation exothermiques au sein d'un organe de dépollution 2, tel qu'un catalyseur d'oxydation, disposé derrière le coude 1b. Ce premier organe de dépollution peut être suivi d'un deuxième organe de dépollution (non représenté), tel qu'un filtre à particules. Dans cette configuration, les réactions exothermiques du catalyseur d'oxydation assurent notamment l'amorçage du filtre à particules.

[0012] Le dispositif décrit comprend donc un conduit principal d'échappement 1 en direction d'un organe de dépollution, et des moyens d'injection de carburant 3 dans le conduit en amont de cet organe. Le flux des gaz d'échappement est partiellement dérivé, en amont des moyens d'injection, dans une branche secondaire 4 rejoignant le conduit 1 avant l'organe de dépollution 2, par exemple au départ d'un cône d'entrée 2a du catalyseur 2.

[0013] Le gaz dérivé dans le conduit 4, de préférence, de section inférieure à la section du conduit principal 2, est réintroduit dans le conduit principal 1, entre l'injecteur 3 et l'entrée 2a du catalyseur. Le flux dérivé forme à son arrivée un angle α, avec le flux principal. Cet angle est choisi de manière à casser le plus possible la structure linéaire du flux principal, et à mélanger dans les meilleures conditions le carburant injecté, avec le gaz d'échappement.

[0014] La section de la branche secondaire de dérivation 4 étant plus petite que celle du conduit principal, il est utile de créer dans le conduit 1, une aspiration propre à favoriser le flux dans la dérivation. Cette aspiration est obtenue grâce à une restriction de section 1a, au niveau du raccordement 4b de la branche secondaire 4 sur celui-ci. La branche secondaire 4 rejoint donc de préférence le conduit principal 1 au niveau d'une restriction 1a de celui-ci. La restriction 1a accélère le flux dans le conduit principal 1, et diminue la pression statique à l'arrivée de la branche secondaire 4, de manière à faciliter l'introduction, et le mélange, de celui-ci dans le flux principal.

[0015] Comme indiqué sur les figures 3A et 3B, la section de la branche de dérivation 4 peut s'ajouter à celle du conduit 1 à partir de son piquage 4a sur celui-ci (figure 3A), ou se soustraire à celle du conduit à partir de son piquage 4a sur celui-ci (figure 3B). La deuxième configuration, favorise davantage l'amorçage du flux secondaire: l'air dérivé bénéficie en effet pleinement de la vitesse d'entraînement du flux principal. Cette configuration augmente le débit dans la branche secondaire 4, mais elle diminue la section du flux principal, avec, dans ce cas, des risques de perturbation de l'écoulement dans le conduit 1, et d'augmentation des pertes de charge.

[0016] La figure 3 présente une variante de l'invention, selon laquelle le piquage 4a de la branche secondaire 2 sur le conduit 1 est situé en amont de la turbine 6 d'un turbocompresseur. Cette disposition vise à profiter d'une « aspiration » plus élevée sur la branche secondaire 4, dans le cas d'un moteur turbocompressé. En effet, avec un turbocompresseur, la pression avant la turbine est plus élevée en amont qu'en aval de la turbine. Ainsi, la pression d'entrée dans la branche secondaire, est supérieure à sa pression de sortie. Cependant, le débit prélevé en amont de la turbine, peut diminuer l'énergie de la turbine fournie au compresseur.

[0017] La dérivation du flux de gaz d'échappement tire profit du coude 1b. En effet, le piquage 4a et le raccordement 4b de la branche secondaire 4, sont disposés de part et d'autre de celui-ci. Lors du regroupement des flux principal et secondaire, le carburant se mélange aux gaz d'échappement sans artifice de type pâles ou hélices. Les pertes de charges sont donc réduites, et le conduit ne renferme aucun élément additionnel susceptible de favoriser la condensation du carburant.

Revendications

1. Dispositif d'échappement de moteur thermique comprenant un conduit principal d'échappement (1) en direction d'un organe de dépollution (2) et des moyens d'injection de carburant (3) dans le conduit en amont de cet organe, caractérisé en ce que le flux des gaz d'échappement est partiellement dérivé en amont des moyens d'injection (3) dans une branche secondaire (4) rejoignant le conduit (1) avant l'organe de dépollution (2).

2. Dispositif d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche secondaire (4) rejoint le conduit principal (1) au niveau d'une restriction (1a) de celui-ci.

3. Dispositif d'échappement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la restriction (1a) est placée au départ d'un cône d'entrée (2a) de l'organe de dépollution (2).

4. Dispositif d'échappement selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la section de la branche secondaire (4) s'ajoute à celle du conduit (1) à partir de son piquage (4a) sur celui-ci.

5. Dispositif d'échappement selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la section de la branche secondaire (4) se soustrait à celle du conduit à partir de son piquage (4a) sur celui-ci.

6. Dispositif d'échappement selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le piquage (4a) est situé en amont de la turbine (6) d'un turbocompresseur.

7. Dispositif d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piquage (4a) et le raccordement (4b) de la branche secondaire (4) sont disposés de part et d'autre d'un coude (1b) du conduit.

8. Dispositif d'échappement selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que l'organe de dépollution (2) est un catalyseur d'oxydation.

9. Dispositif d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de dépollution (2) est suivi d'un filtre à particules.

Dessins