FR2910532A1 - Agencement comportant des moyens mobiles pour la vaporisation d'un agent reducteur destine a la regeneration d'un systeme de depollution des gaz d'echappement - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un agencement (10) comportant un dispositif de régénération (20) d'un dispositif de filtrage (16) des particules contenues dans les gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile, qui comporte des moyens d'injection (22) de carburant (24) associés à des moyens de vaporisation (26) agencés dans le conduit d'échappement (18), caractérisé en ce que les moyens de vaporisation (26) comportent au moins un volet (38) qui est monté mobile entre au moins :- une première position, dite de repos, dans laquelle le volet (38) s'étend globalement horizontalement, parallèlement au flux (F) des gaz d'échappement, de manière à ne pas perturber l'écoulement des gaz d'échappement dans le conduit (18) ; et- une deuxième position, dite de fonctionnement, dans laquelle le volet (38) est incliné vers l'aval par rapport à la première position de repos de manière à améliorer la vaporisation du carburant (24) en créant respectivement une dépression au voisinage de la surface active (28) de vaporisation et des turbulences dans l'écoulement du mélange du carburant (24) et des gaz d'échappement.
Description
"Agencement comportant des moyens mobile pour la vaporisation d'un agent
réducteur destiné à la régénération d'un système de dépollution des gaz d'échappement" L'invention concerne un agencement comportant des moyens mobiles pour la vaporisation d'un agent réducteur destiné à la régénération d'un système de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un agencement pour la dépollution d'un moteur thermique de véhicule automobile, io comportant au moins une ligne d'échappement qui, agencée en aval du moteur thermique, est pourvue d'un système de dépollution des gaz d'échappement comportant au moins un catalyseur et un dispositif de filtrage des particules contenues dans les gaz d'échappement du moteur, et un dispositif de is régénération du dispositif de filtrage qui est agencé, en amont du dispositif de filtrage des particules, dans un conduit de la ligne d'échappement et qui comporte des moyens d'injection d'un agent réducteur pour réaliser dans le conduit un mélange d'agent réducteur et de gaz d'échappement, ledit mélange étant destiné à 20 être enflammé dans le dispositif de filtrage afin d'y provoquer une élévation de température permettant d'éliminer les particules contenues dans le dispositif de filtrage, et des moyens de vaporisation comportant au moins une surface active qui est chauffée à une température déterminée de manière à évaporer 25 l'agent réducteur en phase liquide qui est projeté sélectivement par les moyens d'injection associés lors de la régénération. Les moteurs à combustion interne produisent et émettent dans les gaz d'échappement des substances polluantes toxiques, en particulier des oxydes d'azote ou NOx et des particules de 3o suies. Dans un souci de respect de l'environnement, les normes antipollution applicables aux véhicules automobiles imposent aux constructeurs des quantités maximales de substances polluantes 2910532 2 rejetées dans l'atmosphère qui doivent être de plus en plus faibles. C'est la raison pour laquelle, on a généralisé l'utilisation de systèmes de dépollution des gaz d'échappement, tels que les 5 filtres à particules, qui sont agencés en aval du moteur dans la ligne d'échappement afin d'éliminer des gaz d'échappement au moins une partie des particules et/ou substances polluantes produites lors de la combustion, notamment les particules de suie. Il est connu qu'un filtre à particules doit cependant être io régénéré régulièrement pour éviter l'accumulation des particules dans le filtre. En effet, les particules piégées s'accumulant sont susceptibles de provoquer une obstruction du filtre qui affecte directement tant l'efficacité du système de dépollution que le fonctionnement du moteur en ralentissant l'écoulement des gaz is d'échappement. La régénération consiste à élever la température des gaz d'échappement de manière à brûler et/ou oxyder les particules emprisonnées dans les alvéoles du filtre à particules. Pour réaliser l'élévation de température dans le filtre, on 20 augmente la température des gaz à l'échappement en réalisant par exemple une combustion, encore appelée post-combustion, qui est décalée dans le temps par rapport à la combustion principale. Ainsi, pour réaliser ces opérations de régénération, il est 25 connu d'agencer dans un conduit de la ligne d'échappement du moteur, en amont du filtre à particules, un dispositif de régénération comportant des moyens d'injection d'un agent réducteur, généralement du carburant. Le carburant est alors emporté par le flux de gaz 30 d'échappement vers le filtre à particules. Le contact du carburant avec un catalyseur approprié qui imprègne le filtre à particules, produit un dégagement de chaleur qui est suffisant pour éliminer par combustion les particules piégées, en particulier de suie. 2910532 3 Un tel dispositif est d'autant plus efficace que le carburant liquide injecté dans le conduit d'échappement est complètement évaporé. Cependant, lors de chaque injection, une partie du 5 carburant est susceptible d'atteindre sans s'évaporer une zone dite "humide" de la face cylindrique interne du conduit d'échappement qui est située à l'opposé des moyens d'injection. Le carburant liquide se répand alors sur la zone humide. Pour que le carburant liquide puisse être évaporé, il doit io être chauffé à une température d'évaporation qui est générale-ment inférieure à la température des gaz d'échappement. La face interne du conduit d'échappement est chauffée par les gaz d'échappement. Cependant, dans le même temps, la face cylindrique externe du conduit d'échappement est refroidie en is permanence par de l'air plus frais que les gaz d'échappement. La chaleur des gaz d'échappement transmise à la face interne du conduit d'échappement est donc en partie dissipée par la face externe du conduit d'échappement. La face cylindrique interne du conduit d'échappement n'est donc pas toujours 20 susceptible d'atteindre une température suffisante pour évaporer le carburant liquide. Or, la présence en trop grande proportion de carburant liquide non évaporé aboutit ensuite à une régénération incomplète du filtre à particules et elle est de surcroît susceptible de 25 détériorer celui-ci, notamment en provoquant des fissurations du catalyseur. Pour résoudre ce problème, l'invention propose un agencement du type décrit précédemment, caractérisé en ce que les moyens de vaporisation sont agencés dans le conduit 30 d'échappement et comportent au moins un volet qui est monté mobile entre au moins : - une première position, dite de repos, dans laquelle le volet s'étend globalement horizontalement, parallèlement au flux 2910532 4 des gaz d'échappement, de manière à ne pas perturber l'écoulement des gaz d'échappement dans le conduit ; et - une deuxième position, dite de fonctionnement, dans laquelle le volet est incliné vers l'aval par rapport à la première 5 position de repos de manière à améliorer la vaporisation de l'agent réducteur dans le mélange en créant respectivement une dépression au voisinage de la surface active de vaporisation et des turbulences dans l'écoulement du mélange d'agent réducteur et de gaz d'échappement. io Avantageusement, le dispositif de régénération du système de dépollution de l'agencement comporte des moyens de vaporisation destinés à évaporer l'agent réducteur liquide qui sont interposés entre les moyens d'injection et la zone humide de la face cylindrique interne selon l'état de la technique. 15 Grâce à son agencement à l'intérieur du conduit de la ligne d'échappement, le volet mobile selon l'invention est automatiquement chauffé par les gaz d'échappement et il est avantageusement porté à une température déterminée permettant d'évaporer efficacement l'agent réducteur projeté par les moyens 20 d'injection. Avantageusement, le volet mobile selon l'invention permet de modifier sélectivement, lors de la mise en oeuvre d'une régénération, l'aérodynamique de l'écoulement du flux des gaz d'échappement, en créant localement ladite dépression au 25 voisinage de la surface active de vaporisation ainsi que des turbulences dans l'écoulement du mélange résultant afin d'en accroître l'homogénéité pour améliorer son inflammabilité et sa combustion. Grâce à l'amélioration de la vaporisation du carburant et 30 l'obtention d'un mélange plus homogène du carburant avec les gaz d'échappement, on améliore la régénération du filtre à particules en particulier du fait que toute la surface du filtre soit en contact avec le mélange régénérant. 2910532 5 Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le volet est monté pivotant autour d'un axe de rotation qui s'étend transversalement, orthogonalement à la direction axiale d'écoulement des gaz d'échappement, et qui est relié à des s moyens d'actionnement qui sont commandés sélectivement de manière à faire pivoter le volet entre au moins les positions de repos et de fonctionnement ; - le volet mobile comporte au moins une face supérieure, dite humide, comportant la surface active de vaporisation de io l'agent réducteur et une face inférieure, dite sèche, lesdites faces étant susceptibles d'être chauffées par les gaz d'échappement à une température déterminée supérieure ou égale à la température d'évaporation ou de vaporisation de l'agent réducteur ; - le volet mobile présente, en coupe axiale selon un plan 15 vertical, une forme générale aérodynamique du type en "aile d'avion" qui, de faible épaisseur, est constituée d'un profil convexe formé par la face supérieure humide et d'un profil concave formé par la face inférieure sèche ; - en position de fonctionnement, les gaz d'échappement 20 chauffent la face inférieure sèche de manière que la chaleur reçue par la face inférieure sèche soit diffusée jusqu'à la face supérieure humide afin de limiter le refroidissement s'opérant sur la surface active lors de la vaporisation de l'agent réducteur liquide ; 25 -au moins une partie du volet est réalisée en un matériau ou un alliage donné sélectionné pour ses propriétés de conductivité thermique de manière à optimiser l'échange thermique externe de chacune des faces supérieure et inférieure avec les gaz d'échappement et l'échange thermique interne entre 30 les faces supérieure et inférieure du volet ; - au moins une partie du volet est réalisée en un matériau ou un alliage sélectionné pour ses propriétés de capacité calorifique de manière à optimiser la vaporisation de l'agent 2910532 6 réducteur en favorisant, en particulier lorsque le volet se trouve en position horizontale de repos, l'accumulation dans le volet d'une quantité de chaleur déterminée qui est susceptible d'être restituée ultérieurement, notamment lors de la vaporisation pour 5 limiter le refroidissement du volet s'opérant sur la surface active de vaporisation au contact de l'agent réducteur liquide ; - le volet comporte au moins un noyau interne formant un accumulateur de chaleur susceptible, en fonction des variations de température du volet, de changer d'état physique pour io absorber la chaleur des gaz d'échappement ou, inversement, pour restituer la chaleur absorbée, notamment lors de la vaporisation pour limiter le refroidissement du volet s'opérant sur la surface active de vaporisation au contact de l'agent réducteur liquide ; -le volet comporte, en amont, un bord d'attaque qui se is raccorde, en aval, à un bord de fuite par l'intermédiaire de bords latéraux, dits marginaux, l'ensemble desdits bords définissant un contour profilé globalement ovoïde apte à limiter, en position horizontale de repos, les perturbations créées par le volet dans l'écoulement des gaz d'échappement ; 20 - le volet est positionné de manière que au moins les bords latéraux du volet soient tangentiellement en contact avec la paroi interne du conduit d'échappement ; - le volet présente une symétrie par rapport au plan vertical et/ou une symétrie par rapport au plan horizontal, chaque plan de 25 symétrie passant respectivement par un axe principal du volet qui s'étend, en position de repos, longitudinalement suivant la direction axiale d'écoulement des gaz d'échappement ; - le volet est positionné centralement dans le conduit d'échappement, sensiblement en aval des moyens d'injection de 30 l'agent réducteur ; - le volet est susceptible d'être incliné vers l'aval d'un angle déterminé de manière à augmenter la contre pression à 2910532 7 l'échappement, notamment pour provoquer une augmentation de la température des gaz d'échappement ; - l'agent réducteur est du carburant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 5 apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins en annexe dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective représentant un exemple de réalisation d'un agencement selon io l'invention comportant un volet mobile agencé dans un conduit d'échappement de manière à vaporiser l'agent réducteur injecté par les moyens d'injection associés ; - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe axiale par un plan vertical de l'agencement de la figure 1, qui représentent is respectivement la première position, dite de repos, et la deuxième position, dite de fonctionnement, du volet ; - la figure 4 est une vue en coupe axiale par un plan horizontal de l'agencement de la figure 1, qui représente le volet mobile selon l'invention et illustre un exemple de contour profilé 20 présentant une forme aérodynamique de type ovoïde. Dans la description qui va suivre des éléments identiques, analogues ou similaires seront désignés par les mêmes chiffres de référence. Dans la description et dans les revendications, on adoptera 25 à titre non limitatif la terminologie longitudinale, verticale et transversale en référence au trièdre (L, V, T) représenté sur les figures. On a représenté à la figure 1, un agencement 10 pour la dépollution d'un moteur thermique (non représenté) selon 30 l'invention. L'agencement 10 comporte une ligne d'échappement 12 qui, représentée ici partiellement, est agencée en aval du moteur de manière à permettre l'évacuation des gaz d'échappement 2910532 8 produits par le moteur en fonctionnement et résultant de la combustion. La ligne d'échappement 12 est équipée d'un système de dépollution 14 des gaz d'échappement destiné à traiter les gaz 5 d'échappement avant leur rejet dans l'atmosphère. Un tel système de dépollution 14 comporte par exemple un dispositif de filtrage 16 et de préférence un catalyseur associé. Le dispositif de filtrage 16 est généralement constitué par un filtre à particules destiné à filtrer les particules contenues dans les gaz io d'échappement, telles que les particules de suie. D'une manière générale, le système de dépollution 14 a pour fonction d'éliminer ou de limiter la présence d'impuretés, comme les particules, ou de substances polluantes dans les gaz d'échappement émis par le véhicule automobile. 15 La ligne d'échappement 12 comporte au moins un conduit 18, ici de section globalement circulaire, qui est traversé par un flux F de gaz d'échappement circulant d'amont en aval selon les flèches indiquées sur la figure 1, c'est-à-dire en provenance du moteur et vers le filtre à particules 16 du système de dépollution 20 14 équipant la ligne d'échappement 12. Le conduit d'échappement 18 s'étend axialement suivant un axe longitudinal X-X et comporte un dispositif de régénération 20 du dispositif de filtrage 16. Le dispositif de régénération 20 est agencé, en amont du 25 dispositif 16 de filtrage des particules, dans un tronçon du conduit 18 de la ligne d'échappement 12. Le dispositif de régénération 20 comporte principalement d'une part des moyens d'injection 22 d'un agent réducteur 24 et, d'autre part, des moyens de vaporisation 26 associés aux moyens 30 d'injection 22. Les moyens d'injection 22 sont par exemple constitués par au moins un injecteur, tel qu'un injecteur de type basse pression 2910532 9 et l'agent réducteur 24 pulvérisé par l'injecteur 22 est avantageusement du carburant. Le dispositif de régénération 20 a pour fonction de réaliser dans le conduit 18 de la ligne d'échappement 12 un mélange 5 d'agent réducteur 24 et de gaz d'échappement qui destiné à être enflammé dans le dispositif de filtrage 16 afin d'y provoquer l'élévation de température permettant d'éliminer les particules contenues dans le dispositif de filtrage 16. De manière connue, la régénération d'un dispositif de io filtrage 16 comme un filtre à particules est susceptible d'être obtenue en enrichissant temporairement le flux F des gaz d'échappement avec du carburant formant l'agent réducteur 24. En effet, lorsque le carburant 24 entre en contact avec une substance catalytique donnée du système de dépollution 14, il se is produit alors une réaction d'oxydation exothermique qui provoque ladite élévation de température dans le système 14 permettant de réaliser la régénération, en particulier par combustion des particules piégées dans le cas d'un filtre à particules 16. Les moyens de vaporisation 26 du dispositif de 20 régénération 20 comportent au moins une surface active 28 chauffée à une température T déterminée qui est supérieure à la température d'évaporation Te de l'agent réducteur 24. De préférence, l'injecteur 22 est monté solidaire du conduit d'échappement 18 par l'intermédiaire d'un support (non 25 représenté) et il est ici implanté au dessus et à l'extérieur du conduit 18. L'injecteur 22 est destiné à pulvériser le carburant 24 à l'intérieur du conduit 18 à travers un orifice 30 que comporte la paroi cylindrique interne 32 du conduit. Avantageusement, l'extrémité du nez d'injection 34 de 30 l'injecteur 22, par lequel le carburant 24 est pulvérisé dans le conduit 18, par exemple sous la forme d'un cône 36 (voir figure 3), est agencée en retrait de manière à ne pas faire saillie par 2910532 i0 l'orifice 30 à l'intérieur du conduit 18 et ainsi éviter toute perturbation de l'écoulement du flux F des gaz d'échappement. Les moyens de vaporisation 26 sont agencés dans le conduit d'échappement 18 dans une position déterminée en 5 fonction de l'injecteur 22 associé, en particulier des paramètres géométriques du cône de pulvérisation 36 du carburant, et de manière à évaporer le carburant 24 en phase liquide que projette sélectivement l'injecteur 22 lors d'une opération de régénération. Les moyens de vaporisation 26 sont agencés à l'intérieur io du conduit d'échappement 18 et avantageusement interposés sur le parcours du carburant 24 entre le sommet du cône 36 et la partie en vis-à-vis de la paroi interne 32 du conduit 18. Ainsi, la partie du carburant 24 projeté par l'injecteur 22 qui, n'étant pas vaporisé par contact avec les gaz d'échappement, is reste en phase liquide atteint la surface active 28 des moyens 26 afin d'y être vaporisé et n'atteint dès lors plus la paroi interne 32 du conduit 18 laquelle ne comporte par conséquent plus comme auparavant de zone "humide" selon l'état de la technique. Conformément à l'invention, les moyens de vaporisation 26 20 sont constitués par au moins un volet 38 formant un élément mobile qui, comportant la surface active 28 de vaporisation de l'agent réducteur 24, est agencé à l'intérieur du conduit d'échappement 18. Le volet 38 est monté mobile entre au moins une première 25 position, dite de repos, illustrée à la figure 2 et une deuxième position, dite de fonctionnement, illustrée à la figure 3 dans laquelle le volet 38 est incliné vers l'aval par rapport à la première position de repos. Comme on peut le voir sur la figure 2, le volet 38 s'étend 30 dans la première position, dite de repos, globalement horizontalement, c'est-à-dire ici parallèlement au flux F des gaz d'échappement de manière à ne pas ou peu perturber l'écoulement des gaz d'échappement qui circulent axialement 2910532 Il dans le conduit 18, de l'amont vers l'aval, en direction du filtre à particules 16. En position de repos du volet 38, le dispositif de régénération 20 n'est pas actif et l'injecteur 22 ne pulvérise pas 5 de carburant 24 dans le conduit d'échappement 18. Comme on peut le voir sur la figure 3, le volet 38 est susceptible d'occuper au moins une deuxième position, dite de fonctionnement, dans laquelle le volet 38 est incliné vers l'aval, d'un angle (a) déterminé, par rapport à la première position io horizontale de repos de manière à améliorer la vaporisation du carburant 24 dans le mélange en créant respectivement une dépression localement au voisinage de la surface active 28 de vaporisation et des turbulences dans l'écoulement du mélange du carburant 24 vaporisé et des gaz d'échappement. is Le volet 38 est monté pivotant autour d'un axe A de rotation qui s'étend transversalement, orthogonalement à la direction axiale d'écoulement du flux F des gaz d'échappement. Le déplacement du volet 38 depuis sa position de repos jusqu'à sa position inclinée de fonctionnement correspond ici à 20 une rotation autour de l'axe A s'effectuant dans le sens horaire suivant la flèche représentée à la figure 1. L'angle (a) déterminé correspondant à la rotation du volet 38 entre lesdites positions est défini par l'angle aigu formé par l'intersection de l'axe longitudinal X-X du conduit 18 et l'axe 25 principal B du volet 38. Dans la première position de repos du volet 38, l'axe longitudinal X-X du conduit 18 et l'axe principal B du volet 38 sont confondus. Avantageusement, le volet 38 est relié à des moyens 30 d'actionnement 40, tel qu'un actionneur, qui sont commandés sélectivement de manière à faire pivoter le volet 38 entre au moins lesdites positions de repos et de fonctionnement. 2910532 12 Le volet mobile 38 comporte au moins une face supérieure 42, dite humide, comportant ladite surface active 28 de vaporisation du carburant 24 et une face inférieure 44, dite sèche. Les faces supérieure 42 et inférieure 44 du volet 38 sont 5 chacune chauffées au contact des gaz d'échappement à une température T déterminée qui est avantageusement supérieure ou égale à la température Te d'évaporation ou de vaporisation du carburant 24. Avantageusement, les gaz d'échappement sont lo susceptibles d'atteindre rapidement une température élevée supérieure à la température Te d'évaporation du carburant de sorte qu'il n'est nul besoin de prévoir de moyens de chauffage complémentaires du volet, tels qu'une résistance électrique ou autres moyens analogues. ls En effet, le volet 38 est automatiquement et en permanence chauffé par conduction lorsque, le moteur thermique étant en fonctionnement, les gaz d'échappement chauds circulent dans le conduit 18 tout autour du volet 38. Selon un mode de réalisation préféré, le volet mobile 38 20 présente, en coupe axiale selon un plan vertical, une forme générale aérodynamique du type en "aile d'avion" qui est respectivement constituée d'un profil convexe formé par la face supérieure humide 42 correspondant à la face dite "extrados", et d'un profil concave formé par la face inférieure sèche 44 25 correspondant à la face dite "intrados". De préférence, le volet mobile 38 est ici de faible épaisseur selon la direction verticale de manière à, par comparaison avec ses autres dimensions selon les directions longitudinale et transversale respectivement, présenter encore 30 globalement une forme de plaque ou de panneau. De préférence, le profil convexe formé par la face supérieure humide 42 et le profil concave formé par la face inférieure sèche 44 du volet 38 sont ici symétriques par rapport 2910532 13 au plan horizontal PSH qui, illustré à la figure 2, passe en position de repos par l'axe principal B du volet 38 qui est confondu avec l'axe principal X-X du conduit 18 s'étendant axialement suivant la direction longitudinale d'écoulement des gaz 5 d'échappement. En variante, le volet mobile 38 présente un profil dissymétrique, par exemple bi-convexe, qui est notamment déterminé en fonction de la position relative du volet à l'intérieur du conduit 18 ou encore selon que l'on souhaite favoriser l'écoulement d'un côté ou de l'autre du volet 38. Avantageusement, l'opération de régénération est mise en oeuvre, pendant le fonctionnement du moteur, après un laps de temps déterminé de manière que le volet 38, chauffé par les gaz d'échappement, ait pu atteindre une température supérieure à la 1s température Te d'évaporation du carburant 24. De préférence, au moins une partie du volet 38 est réalisée en un matériau ou un alliage donné sélectionné pour ses propriétés de conductivité thermique de manière à optimiser l'échange thermique externe de chacune des faces supérieure 42 20 et inférieure 44 avec le flux F des gaz d'échappement chauds. Avantageusement, le volet 38 comporte au moins une couche superficielle sur ses faces supérieure 42 et inférieure 44 qui est réalisée en un tel matériau ou un alliage sélectionné pour ses propriétés de conductivité thermique, comme par exemple un 25 alliage comportant du cuivre ou de l'argent. De préférence, la couche superficielle conductrice est réalisée par dépôt sur le volet 38 ou appartient en variante à une plaque rapportée respectivement de part et d'autre du volet 38 pour former les faces supérieure 42 et inférieure 44 30 thermiquement conductrice. Avantageusement, le volet 38 comporte une enveloppe externe qui est donc constituée par des couches ou plaques conductrices formant respectivement les faces supérieure 42 et 2910532 14 inférieure 44, lesdites couches ou plaques conductrices étant reliées entre elles de manière à favoriser par conduction l'échange thermique interne entre les faces supérieure 42 et inférieure 44 chauffées par les gaz d'échappement et à assurer 5 un transfert de chaleur rapide dans le volet 38. La liaison thermique entre chaque plaque conductrice est par exemple réalisée à travers le volet 38 par l'intermédiaire d'éléments s'étendant verticalement pour relier les plaques supérieure et inférieure et de manière à constituer des ponts 10 thermiques entre les faces supérieure 42 et inférieure 44. En variante, la liaison thermique entre les faces 42, 44 est obtenue par l'intermédiaire d'une couche conductrice unique formant une enveloppe externe qui recouvre l'ensemble du volet 38, en particulier les faces 42, 44.
De préférence, au moins une partie du volet 38 est réalisée en un matériau ou un alliage sélectionné pour ses propriétés de capacité calorifique de manière à optimiser la vaporisation de l'agent réducteur 24 en favorisant l'accumulation d'une quantité de chaleur déterminée dans le volet 38.
De préférence, le matériau ou alliage sélectionné pour ses propriétés de capacité calorifique est par exemple constitué par du zinc ou un alliage de magnésium. Avantageusement, la partie du volet 38 réalisée dans le matériau ou l'alliage de forte capacité calorifique constitue au moins le corps principal du volet 38. Avantageusement, le volet 38 comporte donc au moins deux matériaux ou alliages, par exemple un premier présentant une bonne conductivité thermique utilisée pour la réalisation d'une enveloppe externe du type décrite précédemment qui entoure totalement ou partiellement un corps principal réalisé en un second matériau sélectionné pour ses propriétés de capacité calorifique.
2910532 15 Ainsi, le volet se trouvant en position horizontale de repos et le dispositif de régénération 20 étant inactif, il est possible, préalablement à la mise en oeuvre de l'opération de régénération, d'accumuler dans le volet 38 une quantité de chaleur déterminée s qui est en particulier absorbée par l'intermédiaire des faces 42, 44 formant l'enveloppe externe du volet 38 et qui sont au contact des gaz d'échappement chauds circulant dans le conduit 18. La quantité de chaleur ainsi absorbée est alors avantageusement diffusée dans l'ensemble du corps du volet 38 10 pour s'y accumuler de manière que, cette quantité de chaleur soit susceptible d'être restituée ultérieurement, notamment pour limiter le refroidissement du volet 38 s'opérant sur la surface active 28 de vaporisation au contact du carburant 24 liquide se vaporisant lors d'une opération de régénération.
15 Selon un mode de réalisation préféré, le volet 38 est réalisé avec une enveloppe et un corps du type décrits précédemment et le corps comporte en plus au moins un élément 46 formant un accumulateur de chaleur, qui soit notamment susceptible d'augmenter la quantité de chaleur absorbée et 20 emmagasinée dans le volet 38 en vue de la vaporisation du carburant 24. Avantageusement, le corps du volet 38 comporte un noyau interne 46 qui est susceptible, en fonction des variations de température subies par le volet 38, de changer d'état physique 25 pour absorber desgaz d'échappement une quantité accrue de chaleur ou, inversement, pour restituer la quantité de chaleur ainsi absorbée pour compenser le refroidissement de la surface active 28 lors de la vaporisation du carburant 24. Avantageusement, le volet 38 comporte un noyau interne 30 46 formant un insert qui réalisé dans un matériau donné choisi notamment en fonction de son aptitude (ou enthalpie) à absorber une quantité importante de chaleur par au moins un changement d'état physique opéré au cours d'une réaction endothermique, 2910532 16 telle qu'une fusion, une vaporisation ou une sublimation, provoquée par les gaz d'échappement lorsque, sous l'effet de l'augmentation de la température du volet 38 à leur contact la température du noyau atteint une température déterminée selon le 5 matériau à partir laquelle la réaction endothermique se produit. Réciproquement, le noyau 46 du volet 38 est susceptible de restituer cette quantité importante de chaleur emmagasinée au cours d'une réaction exothermique en sens inverse qui est notamment susceptible d'être déclenchée par le refroidissement 10 du volet 38 en dessous de la température déterminée. Le refroidissement du volet 38 survient en particulier en fonctionnement lorsque sous l'effet de la projection du carburant liquide 24 sur la surface active 28 dont la vaporisation absorbe de l'énergie ou de la chaleur, il se produit localement une baisse de 15 température. De préférence, le volet 38 comporte, en amont, un bord d'attaque 48 qui se raccorde, en aval, à un bord de fuite 50 par l'intermédiaire de bords latéraux 52, dits marginaux, l'ensemble desdits bords 48, 50 et 52 définissant un contour profilé 20 globalement ovoïde apte à limiter, en position horizontale de repos, les perturbations créées par le volet 38 dans l'écoulement du flux F des gaz d'échappement. Ainsi, en conjugaison avec le profil "en aile d'avion" décrit précédemment, le volet 38 ayant de préférence une épaisseur 25 relative faible présente encore globalement une forme générale dite en "amande" ou encore une forme en "goutte d'eau". Comme on peut le voir sur la figure 4, le bord d'attaque 52 est sensiblement curviligne, par exemple ici circulaire et est formé par un arc en demi-cercle dont le diamètre correspond à celui du 30 conduit d'échappement 18. Avantageusement, le volet 38 est positionné de manière que les bords latéraux 52 du volet soient tangentiellement en 2910532 17 contact avec la paroi cylindrique interne 32 du conduit d'échappement 18. L'axe transversal A de rotation du volet 38 débouche à chaque extrémité au point de contact entre les bords latéraux 52 5 du volet 38 et la paroi cylindrique interne 32 du conduit d'échappement 18, délimitant respectivement de part et d'autre, une partie amont du volet 38 formée par le bord d'attaque 48 et une partie aval formée par le bord de fuite 52. La partie aval du volet 38 présente globalement un forme io en pointe orientée vers l'aval, en direction du filtre à particules 16, la partie aval effilée étant définie par la réunion des bords de fuite 50a et 50b inclinés qui, depuis l'axe A de rotation, s'étendent de manière rectiligne et se rejoignent à l'extrémité aval par une portion curviligne.
15 En variante, les bords de fuite 50a, 50b sont convexes ou concaves selon le profil aérodynamique souhaité du bord de fuite 52, déterminé notamment en fonction de la traînée. Avantageusement, le volet 38 présente donc une autre symétrie par rapport au plan vertical PSV passant par l'axe 20 principal B du volet 38 ou encore ici par l'axe longitudinal X-X du conduit d'échappement 18. Avantageusement, le volet 38 est positionné centralement dans le conduit circulaire d'échappement 18, sensiblement en aval des moyens d'injection 22 de l'agent réducteur 24.
25 Bien entendu, la forme générale du volet 38 est encore déterminée en fonction de la section du conduit d'échappement 18 de manière à permettre le pivotement libre du volet 38 autour de l'axe A de rotation entre les positions de repos et de fonctionnement, sans interférence avec la paroi interne 32 du 30 conduit 18. En variante, la section du conduit d'échappement 18 est parallélépipédique et le volet 38 présente alors, en vue de dessus, une forme générale parallélépipédique et, en coupe 2910532 18 axiale, un profil en aile d'avion similaire à celui décrit précédemment. On décrira maintenant en détail le fonctionnement du dispositif de régénération 20 en s'attachant plus particulièrement 5 à la combinaison des aspects tant aérodynamique que thermique du volet mobile 38 selon l'invention formant les moyens de vaporisation 26 associés à l'injecteur 22. En position de repos illustrée à la figure 2, le flux F des gaz d'échappement s'écoule autour du volet 38 et chauffe les io faces supérieure 42 et inférieure 44, la chaleur des gaz d'échappement est absorbée puis se diffuse dans l'ensemble du volet 38. Au fur et à mesure, la température du volet 38 augmente jusqu'à atteindre la température déterminée de changement d'état is provoquant le changement d'état du noyau 46, par exemple la température de fusion du noyau qui passe alors de l'état solide à l'état liquide en absorbant une quantité de chaleur déterminée. En effet, la température de fusion du noyau 46 étant avantageusement inférieure à la température des gaz 20 d'échappement, le chauffage des faces 42, 44 du volet 38 par les gaz d'échappement va provoquer la réaction endothermique de fusion au cours de laquelle le noyau 46 va, en se liquéfiant, absorber ladite quantité de chaleur déterminée. De préférence, l'opération de régénération est donc mise 25 en oeuvre après un laps de temps déterminé de fonctionnement du moteur permettant la montée en température du volet 38 et l'accumulation d'une quantité de chaleur maximale, en particulier dans le noyau 46, en vue de la vaporisation du carburant 24. Lorsqu'une opération de régénération du filtre à particules 30 16 est nécessaire, on commande alors successivement ou simultanément d'une part l'actionneur 40 de manière à faire pivoter le volet 38 depuis sa position horizontale de repos jusqu'à sa position inclinée de fonctionnement, et d'autre part, l'injecteur 2910532 19 22 de manière à pulvériser du carburant 24 pendant une durée déterminée. Une partie du carburant 24 pulvérisé dans le conduit d'échappement 18 est immédiatement vaporisé au contact des 5 gaz d'échappement chauds, l'autre partie (non vaporisé) est projeté selon le cône de pulvérisation 36, formé de jets de carburant 24 en phase liquide, en direction de la surface active 28 de la face supérieure humide 42 afin d'y être vaporisée. Comme on peut le voir à la figure 4, la surface active 28 de 10 vaporisation est une zone définie par l'intersection du cône de pulvérisation 36 avec la face supérieure 42 de profil convexe de sorte que la surface active 28 présente par exemple une forme sensiblement circulaire ou elliptique illustrée à la figure 4. Avantageusement, les positions relatives du volet 38 (en 1s position inclinée de fonctionnement) et de l'injecteur 22 sont déterminées pour que la surface active 28 soit située juste en aval du sommet du profil convexe de la face supérieure 42 de manière à vaporiser le carburant 24 sur la partie de la face supérieure humide 42 présentant localement une chute importante 20 de pression. En effet, comme illustré à la figure 3, la position inclinée vers l'aval du volet 38 et la forme convexe de la face supérieure humide 42 provoquent une accélération du flux F des gaz d'échappement qui crée, localement, une dépression au voisinage 25 de la surface active 28 de vaporisation permettant de favoriser la vaporisation du carburant 24 projeté venant en contact avec ladite surface 28. De plus, la position inclinée vers l'aval du volet 38 et la forme générale du volet 38 provoquent, au niveau du bord de fuite 30 50 et en aval du volet, des turbulences (illustrées par des flèches sur la figure 3) dans l'écoulement des gaz d'échappement qui améliorent l'homogénéité du mélange entre les gaz d'échappement et le carburant 24 vaporisé.
2910532 20 Les caractéristiques aérodynamiques particulières du volet mobile 38 permettent donc, conformément à l'invention, d'optimiser la régénération en améliorant la vaporisation du carburant 24.
5 Toutefois, selon un autre aspect important de l'invention, les matériaux utilisés et les caractéristiques thermiques du volet mobile 38 contribuent encore à améliorer la vaporisation obtenue. En effet, la projection du carburant 24 liquide sur la surface active 28 de vaporisation provoque un refroidissement, la io température du volet 38 s'abaisse jusqu'à atteindre selon les cas une température inférieure à la température déterminée, par exemple de fusion. Ce changement de température provoque alors la réaction exothermique opposée, soit la solidification du noyau 46 qui is passe de l'état liquide à l'état solide, de manière que le noyau 46 accumulateur restitue alors la quantité de chaleur emmagasinée pour compenser le refroidissement. De plus, en position inclinée de fonctionnement, les gaz d'échappement continuent de chauffer principalement la face 20 inférieure sèche 44 qui forme un obstacle par rapport à l'écoulement des gaz d'échappement. La quantité de chaleur supplémentaire reçue par la face inférieure 44 est diffusée, à travers le volet 38, au noyau interne 46 et jusqu'à la face supérieure humide 42 ce qui contribuent 25 encore à limiter les effets du refroidissement s'opérant sur la surface active 28 et à y conserver une température permettant une vaporisation optimale du carburant liquide 24 pendant la durée déterminée de pulvérisation du carburant par l'injecteur 22. Avantageusement, le volet 38 est encore susceptible d'être 30 incliné vers l'aval de manière à augmenter la contre pression à l'échappement. Avantageusement, l'augmentation de la contre pression à l'échappement est susceptible de provoquer une augmentation de 2910532 21 la température des gaz d'échappement situés en amont du volet 38 ce qui contribue à augmenter la température moyenne du volet 38 et la quantité de chaleur absorbée. Une telle augmentation de la température des gaz 5 d'échappement est par conséquent favorable à la régénération, notamment en ce qu'elle accroît la quantité de chaleur susceptible d'être transmise au volet 38 pour la vaporisation du carburant 24.
Claims (14)
1. Agencement (10) pour la dépollution d'un moteur thermique de véhicule automobile, comportant au moins une ligne d'échappement (12) qui, agencée en aval du moteur thermique, est pourvue d'un système (14) de dépollution des gaz d'échappement comportant au moins un catalyseur et un dispositif de filtrage (16) des particules contenues dans les gaz d'échappement du moteur, et un dispositif de régénération (20) du dispositif de filtrage (16) qui est agencé, en amont du dispositif de io filtrage (16) des particules, dans un conduit (18) de la ligne d'échappement (12) et qui comporte des moyens d'injection (22) d'un agent réducteur (24) pour réaliser dans le conduit (18) un mélange d'agent réducteur (24) et de gaz d'échappement, ledit mélange étant destiné à être enflammé dans le dispositif de is filtrage (16) afin d'y provoquer une élévation de température permettant d'éliminer les particules contenues dans le dispositif de filtrage (16), et des moyens de vaporisation (26) comportant au moins une surface active (28) qui est chauffée à une température déterminée de manière à évaporer l'agent réducteur (24) en 20 phase liquide qui est projeté sélectivement par les moyens d'injection (22) associés lors de la régénération, caractérisé en ce que les moyens de vaporisation (26), agencés dans le conduit d'échappement (18), comportent au moins un volet (38) qui est monté mobile entre au moins : 25 - une première position, dite de repos, dans laquelle le volet (38) s'étend globalement horizontalement, parallèlement au flux (F) des gaz d'échappement, de manière à ne pas perturber l'écoulement des gaz d'échappement dans le conduit (18) ; et - une deuxième position, dite de fonctionnement, dans 30 laquelle le volet (38) est incliné vers l'aval par rapport à la première position de repos de manière à améliorer la vaporisation de l'agent réducteur (24) dans le mélange en créant respectivement une dépression au voisinage de la surface active 2910532 23 (28) de vaporisation et des turbulences dans l'écoulement du mélange d'agent réducteur (24) et de gaz d'échappement.
2. Agencement (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volet (38) est monté pivotant autour d'un axe (A) de 5 rotation qui s'étend transversalement, orthogonalement à la direction axiale d'écoulement des gaz d'échappement, et qui est relié à des moyens d'actionnement (40) qui sont commandés sélectivement de manière à faire pivoter le volet (38) entre au moins les positions de repos et de fonctionnement. io
3. Agencement (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le volet mobile (38) comporte au moins une face supérieure (42), dite humide, comportant la surface active (28) de vaporisation de l'agent réducteur (24) et une face inférieure (44), lesdites faces (42, 44) étant susceptibles d'être is chauffées par les gaz d'échappement à une température déterminée (T) supérieure ou égale à la température (Te) d'évaporation de l'agent réducteur.
4. Agencement (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le volet mobile (38) présente, en coupe axiale selon un 20 plan vertical, une forme générale aérodynamique du type en "aile d'avion" qui est constituée d'un profil convexe formé par la face supérieure humide et d'un profil concave formé par la face inférieure sèche.
5. Agencement (10) selon l'une des revendications 3 ou 4, 25 caractérisé en ce que, en position de fonctionnement, les gaz d'échappement chauffent la face inférieure sèche (44) de manière que la chaleur reçue par la face inférieure sèche (44) soit diffusée jusqu'à la face supérieure humide (42) afin de limiter le refroidissement s'opérant sur la surface active (28) lors de la 30 vaporisation de l'agent réducteur (24) liquide.
6. Agencement (10) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que au moins une partie du volet (38) est réalisée en un matériau ou un alliage donné 2910532 24 sélectionné pour ses propriétés de conductivité thermique de manière à optimiser l'échange thermique externe de chacune des faces supérieure (42) et inférieure (44) avec les gaz d'échappement et l'échange thermique interne entre les faces 5 supérieure (42) et inférieure (44) du volet (38).
7. Agencement (10) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que au moins une partie du volet (38) est réalisée en un matériau ou un alliage sélectionné pour ses propriétés de capacité calorifique de manière à optimiser io la vaporisation de l'agent réducteur (24) en favorisant, en particulier lorsque le volet (38) se trouve en position horizontale de repos, l'accumulation dans le volet (38) d'une quantité de chaleur déterminée qui est susceptible d'être restituée ultérieurement, notamment lors de la vaporisation pour limiter le is refroidissement du volet (38) s'opérant sur la surface active (28) de vaporisation au contact de l'agent réducteur (24) liquide.
8. Agencement (10) selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le volet (38) comporte au moins un noyau interne (46) formant un accumulateur de 20 chaleur susceptible, en fonction des variations de température du volet, de changer d'état physique pour absorber la chaleur des gaz d'échappement ou, inversement, pour restituer la chaleur absorbée, notamment lors de la vaporisation pour limiter le refroidissement du volet (38) s'opérant sur la surface active (28) 25 de vaporisation au contact de l'agent réducteur (24) liquide.
9. Agencement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volet (38) comporte, en amont, un bord d'attaque (48) qui se raccorde, en aval, à un bord de fuite (50) par l'intermédiaire de bords latéraux 30 (52), dits marginaux, l'ensemble desdits bords (48, 50, 52) définissant un contour profilé globalement ovoïde apte à limiter, en position horizontale de repos, les perturbations créées par le volet (38) dans l'écoulement des gaz d'échappement. 2910532 25
10. Agencement (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le volet (38) est positionné de manière que au moins les bords latéraux (52) du volet soient tangentiellement en contact avec la paroi interne (32) du conduit d'échappement (18). s
11. Agencement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volet (38) présente une symétrie par rapport au plan vertical (PSV) et/ou une symétrie par rapport au plan horizontal (PSH), chaque plan de symétrie (PSV, PSH) passant respectivement par un axe io principal (B) du volet (38) qui s'étend, en position de repos, longitudinalement suivant la direction axiale d'écoulement des gaz d'échappement.
12. Agencement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volet (38) 15 est positionné centralement dans le conduit d'échappement (18), sensiblement en aval des moyens d'injection (22) de l'agent réducteur (24).
13. Agencement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volet (38) 20 est susceptible d'être incliné vers l'aval d'un angle (a) déterminé de manière à augmenter la contre pression à l'échappement.
14. Agencement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent réducteur (24) est du carburant. 25
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