FR2978203A1 - Bruleur a flux inverse pour la regeneration des filtres a particules de moteur a combustion interne et la mise en temperature de systemes dans une ligne d'echappement integrant un tel bruleur - Google Patents

Abstract

Ce brûleur alimenté par un mélange de carburant et de comburant, est destiné à générer une flamme et corollairement de la chaleur, afin de chauffer au moins un élément de traitement ou un élément de filtration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Le brûleur disposé dans le conduit d'entrée des gaz d'échappement comprend : ▪ un corps de brûleur (9) avec son injecteur principal (10) injectant à contre courant dans un diffuseur (11) dans lequel débouche perpendiculairement la préchambre. Le brûleur (9) se trouvant ainsi en amont de l'injecteur (10) dans le flux des gaz d'échappement dans la canalisation (8). ▪ Cette préchambre dispose d'un moyen électrique d'allumage (3) dudit mélange ; ▪ de moyens (4, 5) pour injecter indépendamment l'un de l'autre le carburant et le comburant de manière pulsée dans le corps du brûleur au contact du moyen électrique d'allumage (3) selon une fréquence bien déterminée, la fréquence de commande desdits moyens étant identique ou différente, et étant comprise entre 0,5 et 10 hertz. ▪ Des moyens pour injecter indépendamment le carburant et le comburant dans la préchambre et sur l'injecteur principal(10).

Description

BRULEUR A FLUX INVERSE POUR LA REGENERATION DES FILTRES A PARTICULES DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE ET LA MISE EN TEMPERATURE DE SYSTEMES DANS UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT INTEGRANT UN TEL BRULEUR DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne de façon générale un brûleur destiné à assurer la régénération des filtres à particules présents dans les moteurs à combustion interne, et plus particulièrement les moteurs diesel, caractérisé par une préchambre en dérivation du flux principal des gaz d'échappement associé à une injection principale du mélange air carburant dans le flux à contre courant et au point de mélange entre le débit principal des gaz d'échappement du moteur et le débouché de cette préchambre. L'objectif visé est d'obtenir une bonne inflammation et la bonne combustion du mélange air/carburant principal injecté en bénéficiant de la flamme et de la température élevée des gaz de combustion générée par cette préchambre et d'assurer ainsi une bonne propagation de cette flamme dans le débit des gaz d'échappement du moteur malgré la teneur variable en oxygène de ce dernier. Avantageusement l'injection de ce mélange air/carburant principal sera faite dans le flux de sortie des gaz de combustion de cette préchambre, avec son jet dirigé en direction opposée du sens d'écoulement des gaz d'échappement du moteur de manière à bénéficier d'un effet de dispersion et de température maximum.

Ce brûleur est disposé en amont d'un ensemble du type filtre à particules avec pour objectif de porter le média filtrant intégré dans ledit filtre à une température suffisante pour brûler les particules solides, telles que les suies, retenues sur ce filtre, chaque fois que nécessaire.

Ce même procédé peut également être mis en oeuvre pour atteindre plus rapidement la température de fonctionnement des catalyseurs sur les moteurs automobiles, avec pour objectif d'obtenir une efficacité optimum de conversion.

Dans les deux cas l'objectif est de porter le filtre à particules ou le catalyseur à sa température de fonctionnement grâce à ce brûleur, qui peut être disposé directement à proximité du filtre ou du catalyseur, pour toutes les conditions de fonctionnement moteur, sans être contraint de porter tout un ensemble à cette température. Cette disposition permet une mise en température rapide pour une faible consommation de carburant.

ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE Les pouvoirs publics ont instauré des normes de plus en plus draconiennes pour imposer aux constructeurs automobiles le développement de moteurs produisant de moins en moins d'émissions polluantes. Les constructeurs s'efforcent donc de mettre au point des moteurs thermiques, en particulier des moteurs diesel et des moteurs à mélange pauvre, rejetant le moins possible de particules non brûlées.

Dans ce but, outre la mise au point de nouveaux moteurs ayant une consommation en carburant toujours plus réduite, un effort tout particulier a été consenti sur le développement de nouveaux systèmes d'échappement, destinés à réduire les émissions de gaz polluants non brûlés et de particules solides.

Ainsi, les constructeurs automobiles ont mis au point des pots catalytiques, généralement constitués d'une enveloppe en acier inoxydable, d'un isolant thermique et d'un support en nid d'abeille imprégné de métaux précieux, tels que le platine (Pt) ou le rhodium (Rh). De tels catalyseurs permettent de réduire les émissions d'hydrocarbures polycycliques et de monoxyde de carbone (CO), et ceci, dans une proportion de l'ordre de 90 %.

Toutefois, ils n'ont aucune action sur les émissions de particules solides. Ainsi, de tels catalyseurs n'apportent pas d'amélioration notable quant aux émissions des moteurs diesels produisant de nombreuses particules solides.

Or, la modification de la combustion des moteurs n'est plus suffisante pour satisfaire aux directives sur les rejets. C'est pourquoi la mise en oeuvre de procédés et de dispositifs de filtration des gaz d'échappement avec régénération des filtres par combustion est désormais incontournable. Une telle filtration permet de réduire de plus de 90 % la masse totale des particules émises par les moteurs diesels.

De manière connue, les particules solides sont généralement piégées par une cartouche de filtration en céramique, composant un filtre à particules. Pour bien fonctionner, un filtre à particules nécessite une régénération permettant de brûler les particules de carbone piégées dans ses parties filtrantes, principalement dans la cartouche de filtration, intervenant à intervalle régulier. La difficulté principale concerne le démarrage de la combustion de ces particules de carbone retenues, la température des gaz d'échappement de ces moteurs diesel étant bien inférieure à la température de 550°1600°C requise pour que cette combustion ait lieu.

De nombreux procédés ont été mis en oeuvre pour assurer la combustion de ces particules associant les effets catalytiques d'additif, ou encore la production de NO2 à partir des oxydes d'azote présent dans les gaz d'échappement, ou bien encore par la mise en place de dispositif de post injection de gazole sur un catalyseur d'oxydation disposé en amont du filtre à particules.

Cependant, la difficulté majeure pour assurer le fonctionnement de tels filtres à particules réside dans la possibilité ou non de réaliser les phases d'oxydation et de combustion des particules solides retenues par la cartouche de filtration. En effet, sur un trajet urbain, les gaz d'échappement atteignent difficilement une température suffisante pour assurer la combustion régulière et/ou complète des particules solides et ainsi régénérer le filtre en limitant significativement son colmatage. Même les procédés mettant en oeuvre des dispositifs de post-injection n'assurent plus dans ces conditions sévère un service satisfaisant.

En outre, les procédés de post-injection connus ne fonctionnent de manière satisfaisante que si une température minimale des gaz d'échappement d'environ 300°C est atteinte durant au minimum 5% du temps de fonctionnement. Par conséquent, les dispositifs et procédés mettant en oeuvre la post-injection de gazole dans les gaz d'échappement en amont d'un catalyseur d'oxydation deviennent insuffisants lorsque la température est trop basse.

Un autre inconvénient de ces systèmes réside dans les émissions parasites et polluantes d'hydrocarbures générées durant la phase d'injection, lorsque les 25 températures sont trop basses, par exemple autour 300°C.

Pour réaliser la combustion des particules solides retenues sur le filtre, l'art antérieur propose également de disposer un brûleur à l'entrée du filtre et de l'allumer lorsque le moteur du véhicule est à l'arrêt. Or, cela implique de nombreux inconvénients, parmi 30 lesquels on peut citer la difficulté de contrôler, voire simplement d'initier la combustion dans le brûleur, la difficulté d'isoler thermiquement le filtre, l'élévation importante de la température du brûleur durant la phase de combustion (au-delà de 1400°C) ainsi que l'obligation de disposer d'une capacité de filtration importante pour pouvoir assurer un service suffisamment long, c'est-à-dire entre deux arrêts du 35 moteur.

Plus récemment des brûleurs ont été proposés pour s'affranchir complètement des conditions de fonctionnement à basse température. Cependant, aucun d'entre eux ne permet à ce jour un fonctionnement satisfaisant pour toutes les conditions de fonctionnement. Au surplus, ces brûleurs présentent quelques défauts rédhibitoires, tels qu'une taille excessive avec souvent dans ce cas une surconsommation de gazole, la difficulté de fonctionner de manière satisfaisante lorsque le moteur est à plein régime, la stabilité de la flamme ou encore un apport en calories insuffisant.

De plus, de tels brûleurs rencontrent de réelles difficultés à fonctionner de manière satisfaisante durant le fonctionnement normal du moteur, en raison de la difficulté à allumer le brûleur, les fortes turbulences associées aux régimes pulsés qui règne dans la ligne d'échappement et donc dans le brûleur rendant particulièrement instable la combustion. Des dispositifs sophistiqués donc coûteux, de présence de flamme doivent être incorporés pour éviter les émissions parasites d'hydrocarbures qui s'en suivraient en cas d'extinction de celle-ci.

L'objectif de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif pour brûler des particules solides issues de la combustion interne d'un moteur thermique résolvant les inconvénients des dispositifs de l'art antérieur.

L'objet de l'invention vise à obtenir l'augmentation de la température nécessaire à la combustion complète des particules solides ou suies déposées sur la cartouche de filtration, tout en réduisant au maximum la partie des calories qui sera absorbée en amont du filtre à particules en permettant une réduction du volume des matériaux utilisés, tels que l'enveloppe et le volume du catalyseur.

Un autre objectif de l'invention est de fournir un procédé et un dispositif pour brûler des particules solides, évitant tout risque d'accumulation de particules dans la cartouche de filtration (colmatage), et donc tout risque de régénération intempestive, quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur, en particulier pour les applications de transport urbain. Par ailleurs, l'invention peut avantageusement être associée aux moyens connus déjà utilisés seuls ou en association avec d'autres dispositifs pour commencer à oxyder les suies contenues dans les gaz d'échappement à partir des températures les plus basses (100°C) et assurer une combustion complète, quelles que soient les conditions de fonctionnement. L'emploi d'un additif dans le combustible, ou le dépôt de catalyseur sur le média filtrant peuvent permettre de réduire encore le chauffage en durée et en intensité, et donc encore réduire la surconsommation.

Un autre objectif de l'invention est de fournir un brûleur de dimension réduite et facilement intégrable sur l'ensemble filtre à particules/ligne d'échappement d'un véhicule automobile pour assurer la réduction quantitative, voire l'élimination des suies contenues dans les gaz d'échappement de moteurs thermiques sans émissions d'imbrulés supplémentaires.

Par ailleurs, l'invention a pour objectif de réaliser une réduction quantitative, voire l'élimination, des particules contenues dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, sans avoir à utiliser un catalyseur d'oxydation très spécifique, comme pour la post-injection, ce qui permet l'utilisation de catalyseur à faible concentration de métaux précieux puisque seule demeure la fonction d'oxydation des hydrocarbures et des oxydes de carbone résiduels à assurer.

Un autre objectif de l'invention est de fournir une solution de réduction quantitative, voire d'élimination des suies contenues dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, relativement économique, fiable, flexible et retardant au maximum le colmatage du filtre, voire le supprimant, quelle que soit la charge du moteur, sans pour autant être affecté par la présence éventuelle de composés soufrés, comme le dioxyde de soufre dans les gaz d'échappement. L'objet de l'invention permet ainsi d'utiliser des gazoles à teneur élevée en soufre.

Pour finir, ce brûleur de dimension réduite pourra aussi être avantageusement utilisé en association avec tous les nouveaux procédés catalytiques mis en oeuvre pour 25 satisfaire les émissions imposées par les nouvelles normes, telles que l'Euro 6.

EXPOSE DE L'INVENTION

L'objet de l'invention concerne donc un brûleur destiné à chauffer au moins une 30 cartouche de filtration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à une température supérieure à la température d'oxydation et/ou à la température de combustion des particules solides piégées dans ladite cartouche de filtration, ou à mettre en température un système catalytique, c'est-à-dire un organe de traitement desdits gaz d'échappement. 35 Ce brûleur est alimenté par un mélange de carburant et de comburant, destiné à générer une flamme et corollairement de la chaleur destinée à chauffer ladite cartouche de filtration ou ledit système catalytique. Il comprend une préchambre disposé en dérivation de la ligne d'échappement et débouchant perpendiculairement au tube du brûleur et de préférence dans un diffuseur disposé dans son axe central. L'injecteur principal air/fuel étant disposé au centre de ce même diffuseur de manière à injecter préférentiellement ce mélange dans le sens opposé à la circulation des gaz d'échappement du moteur et entrainer par l'effet venturi ainsi générer une bonne homogénéisation de l'ensemble, gaz d'échappement, gaz de combustion de la préchambre avec le mélange principal air/fuel.

Il comprend en outre : ^ Un moyen électrique d'allumage disposé dans la préchambre. ^ Une pompe doseuses de carburant associée à un moyen pour injecter 15 indépendamment l'air (comburant) de manière pulsée sur la résistance d'allumage disposé dans le corps de cette préchambre. ^ Une arrivée complémentaire de gaz d'échappement dans le corps de cette préchambre cylindrique débouchant tangentiellement de préférence ^ Cette préchambre étant directement reliée au corps du brûleur et à un diffuseur 20 disposé en son centre et ayant le même axe que ce brûleur, qui lui-même est disposé dans le conduit d'échappement sur le même axe. ^ Un injecteur principal disposé au centre du diffuseur et orienté pour injecter à contre courant, alimenté en carburant par une pompe appropriée et en air pour avoir un débit suffisant pour générer de la vitesse et créer un effet venturi et 25 obtenir une bonne qualité de combustion. ^ Un calculateur pour contrôler et piloter le procédé, à partir des données «moteur» et la température des gaz d'échappement mesurées à l'entrée de la cartouche filtrante par une sonde.

30 Ce calculateur, pilote les débits d'injection en combustible (gazole) et en comburant (air) en fonction des signaux délivrés par des capteurs de température. Ce calculateur assure aussi la gestion de la résistance du moyen d'allumage électrique, tant pendant le préchauffage, que durant toute la durée de fonctionnement, ainsi que l'ajustage de l'intensité du courant électrique qui alimente ladite résistance, 35 de manière à ce que malgré la flamme, la température des filaments qui la constituent ne devienne excessive, au risque d'aboutir à sa destruction.

En d'autres termes, le brûleur - objet de l'invention, comprend des moyens permettant de l'alimenter par un débit d'air (comburant) pulsé sur la partie préchambre et en continu sur l'injecteur principale à un débit suffisant pour pouvoir une vitesse d'éjection suffisante et générer un effet venturi.

La puissance thermique générée dans cette préchambre pourra représenter 10 à 30% de la puissance totale de chauffe prévue. Cette proportion étant fonction de la géométrie de l'ensemble et des conditions de fonctionnement du moteur. Toutefois ponctuellement en cours de fonctionnement, lorsque le calculateur régule la température de sortie du brûleur, la puissance de chauffe apportée par la préchambre peut représenter jusqu'à 100% de la puissance délivrée par exemple pour des conditions de fonctionnement au ralenti. La disposition et les moyens mis en oeuvre sur la partie préchambre permettront d'obtenir un allumage sans faille en raison de sa disposition hors du flux permettant la génération de gaz de combustion à très haute température (700 à 1500°C) qui permettront lorsqu'ils seront en contact dans le diffuseur avec le mélange air/fuel introduit par l'injecteur principale de s'enflammer d'abord spontanément mais surtout d'assurer une très bonne qualité de combustion même lorsque le % d'oxygène résiduel dans les gaz d'échappement sera réduit au voisinage des 10% comme sur la majorité des moteurs diesel suralimentés fonctionnant à pleine charge.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'injecteur principal est disposé au centre du brûleur et injecte dans le diffuseur, perpendiculairement au conduit débouchant du micro-brûleur, il injectera le mélange air/carburant en direction opposée au sens de circulation des gaz d'échappement de manière à obtenir un mélange homogène et dont les caractéristiques, composition et températures conduiront à une bonne qualité de combustion. L'autre intérêt apporté par cette disposition étant aussi d'augmenter la durée de la combustion (temps de résidence) et la ternpérature de la flamme, celle-ci se déplaçant en sens opposé au sens de circulation des gaz d'échappement et au centre de ce flux, elle échangera en permanence avec les gaz déjà chauffé circulant à sa périphérie.

Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention, pour l'allumage de la flamme de la préchambre, le moyen d'allumage sera disposé dans une cavité alimentée directement par le mélange air/carburant pulsé de manière à créer une sorte de chalumeau qui entretiendra en permanence la flamme de la préchambre.

Avantageusement, les moyens pour injecter le carburant sont respectivement constitués d'une micro-pompe pour alimenter la préchambre et d'un injecteur alimenté en carburant sous pression ou encore d'une pompe à débit variable pour la partie injecteur principal.

En ce qui concerne le comburant (air) il sera délivré directement à partir du réseau spécifique au moteur lorsqu'il existe comme sur les poids lourds, ou à partir d'un compresseur additionnel. Dans ce dernier cas de figure, avantageusement l'air de suralimentation du moteur pourra être utilisé pour suralimenter le compresseur de manière à en augmenter le débit lorsque le moteur sera en charge au lieu d'aspirer seulement l'air à la pression atmosphérique.

Selon un mode de réalisation de l'invention, une partie du mélange de combustible et de comburant débouche au moyen d'un conduit dans une préchambre, située en dérivation du conduit principal, le moyen électrique d'allumage dudit mélange étant positionné directement dans la préchambre.

En pratique, le brûleur peut en outre comprendre un deuxième moyen électrique d'allumage, également positionné au sein du corps de la préchambre, ces moyens électriques d'allumage étant constitués de bougies de chauffage conventionnelles ou de bougies à arc électrique du type automobile. Ces bougies représentent un moyen peu onéreux et de montage simple pour l'allumage du mélange.

Selon un autre mode avantageux de l'invention, les gaz d'échappement additionnel débouche au sein du corps de la préchambre par au moins un conduit selon une direction essentiellement tangentielle audit corps de cette préchambre, de manière à pouvoir imprimer audit mélange un mouvement tourbillonnant au sein de celle -ci. Le corps du brûleur est, dans cette hypothèse, de forme essentiellement cylindrique.

En pratique, le brûleur est situé préférentiellement en amont de la préchambre pour une injection principale à contre courant, le tube du brûleur étant concentrique par rapport à la canalisation des gaz d'échappement dans lequel il est contenu. De manière pratique, le tube du brûleur aura une longueur suffisante pour que la flamme soit contenue en son sein et puisse s'écouler ensuite concentriquement dans le sens du courant des gaz d'échappement.35 Pour une injection principale dans le même sens d'écoulement que les gaz d'échappement, le brûleur sera disposé en aval et devra présenter une longueur suffisante pour que la flamme soit majoritairement contenue à l'intérieur.

Lorsque le brûleur est par exemple installé sur une ligne d'échappement d'un véhicule, il sera avantageusement piloter par le même ordinateur que celui qui gère le moteur et tout son environnement.

De plus, l'invention se rapporte à une ligne d'échappement de moteur à combustion interne, comprenant au moins un orifice d'entrée des gaz issus de la combustion interne, au moins une cartouche de filtration destiné à piéger les particules solides contenues dans les gaz d'échappement dudit moteur, et au moins un orifice d'échappement à l'atmosphère des gaz, situé en aval de la cartouche de filtration. Selon l'invention, cette ligne comprend au moins un brûleur tel qu'exposé ci-dessus.

Elle vise également une ligne d'échappement de moteur à combustion interne, comprenant au moins un orifice d'entrée des gaz issus de la combustion interne, au moins un catalyseur de réduction des oxyde d'azote ou un catalyseur d'oxydation, destiné à réduire les polluants NOx, HC, CO contenus dans lesdits gaz d'échappement, et au moins un orifice d'échappement à l'atmosphère desdits gaz situé en aval dudit catalyseur. Selon l'invention, cette ligne comprend au moins un brûleur tel qu'exposé ci-dessus.

Avantageusement ce brûleur pourra aussi être monté sur les machines à régénérer les filtres utilisé comme moyen extérieur de nettoyage lorsque le filtre a fonctionné de nombreuses heures ou kilomètres et qu'un colmatage partiel est observé. L'intérêt d'un tel système étant qu'il est complètement intégrable dans la canalisation d'entrée des gaz et qu'il peut générer une puissance de chauffe considérable sans être obligé de disposer derrière ce brûleur d'une chaudière volumineuse qui en plus incorpore une inertie thermique pénalisante pour la gestion des températures de sortie.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins qui représentent, de façon nullement limitative, des exemples de réalisation du dispositif associant un brûleur à un système de filtration selon l'invention et dans lesquels : ^ La figure 1 est une représentation schématique visant à illustrer la géométrie de du premier mode de réalisation de l'ensemble de ce système constitué d'une alimentation en air et en gazole de la préchambre du brûleur pour obtenir l'allumage du mélange sur une résistance électrique incandescente. Cette préchambre débouchant dans un diffuseur disposé concentriquement au tube du brûleur et au conduit d'échappement, avec en son centre disposé le système d'injection principal pour pouvoir injecter le mélange air/carburant à contre courant dans le diffuseur. ^ La figure 2 est une représentation suivant la coupe A A' de la figure 1 illustrant l'alimentation complémentaire de la préchambre par des arrivées tangentielles des gaz d'échappement. ^ La figure 3 illustre schématiquement pour une injection à contre courant, l'allure du front de flamme à l'intérieur du brûleur avec son diffuseur associé à tous les mouvements que le sens de circulation et l'effet venturi génèrent entre les gaz d'échappement et la flamme, l'ensemble étant représenté par des flèches différemment orientées. ^ La figure 4 est une représentation schématique du deuxième mode de réalisation disposant de la même préchambre mais débouchant dans un tube de brûleur avec son diffuseur, situé en aval par rapport au sens de circulation des gaz conduisant à réaliser l'injection principal dans le même sens de circulation que les gaz d'échappement. Ceci impliquant de disposer d'un déflecteur à la sortie de ce tube pour homogénéiser la combustion. ^ la figure 5 est une représentation schématique d'une variante du deuxième mode de réalisation se différenciant de celle illustré figure 4 par la position différente de la bougie incandescente d'allumage, celle-ci étant disposée directement dans la préchambre au lieu d'être dans une cavité attenante. ^ la figure 6 est une représentation schématique d'une variante du deuxième mode de réalisation se différenciant de celle illustrée figure 4 par un déflecteur en sortie de géométrie de plus grande dimension et sensiblement différente de celle illustré figure 4. MODES DE REALISATION DE L'INVENTION Selon un premier mode de réalisation de l'invention, plus particulièrement décrit en relation avec la figure 1 et 2, la préchambre 1 équipée d'une cavité 2 contenant une bougie d'allumage 3 sur laquelle est injecté de l'air en 4 et du carburant en 5, complété par une arrivée tangentielle en 6 directement sur le corps de cette préchambre 1 par les tubes 7 prélevant par effet dynamique les gaz d'échappement issu du conduit principal d'échappement $. Une bougie de chauffage 3, préférentiellement du type à spires apparentes, est alimentée en énergie électrique par l'intermédiaire du calculateur durant une période de préchauffage, pour amener à l'incandescence les filaments qui la constituent. Cette résistance est contenue dans la cavité 2, de manière à obliger le mélange air/gazole arrivant par les tubes d'amenées 4 et 5, à la baigner complètement et à s'enflammer avant d'être éjecté vers le corps de la préchambre 1.

L'arrivée tangentielle des gaz d'échappement dans cette préchambre apportant la turbulence et l'oxygène complémentaire de manière à obtenir en sortie de cette dernière un véritable effet chalumeau.

Le débit d'air, avantageusement alimenté en air comprimé par un compresseur, le turbocompresseur du moteur ou les deux associés, est admis par une électrovanne non représenté également commandée par le calculateur sous forme d'un signal carré, du type pulsé, à une fréquence pouvant varier de 0,5 hertz à 10 hertz, pour être introduit par la canalisation 4.

Indépendamment pour alimenter cette cavité 2 contenant la résistance, le gazole est introduit à partir d'une micro-pompe doseuse (pompe à impulsion électromagnétique) non représenté, pour l'amen par le tube 5 dans un Té où il se mélangera avec l'air. Cette micro-pompe doseuse étant également pilotée par le calculateur, elle pourra l'être à la même fréquence que l'électrovanne d'air ou une fréquence différente Ainsi pour le démarrage, le débit d'injection en gazole de cette préchambre peut ne représenter que 5% du débit nominal, voire moins, ce débit de démarrage étant mis en oeuvre durant une vingtaine de secondes pour porter l'ensemble du corps de cette préchambre en température. La combustion du mélange étant accélérée par la turbulence apportée par l'arrivée tangentielle des gaz d'échappement dans le corps de la préchambre par les tubes 7 débouchant en 6 dans ce cylindre.

Puis le débit est augmenté jusqu'au débit nominal, ce débit nominal d'alimentation de la préchambre représentera 10 à 80% du débit total du brûleur.

Comme représenté, une partie de 1a préchambre 1 peut être partiellement contenu dans le conduit principal d'échappement 8 de manière à contenir aussi les tubes d'admission complémentaires 1 des gaz d'échappement dans la préchambre. Dans ce tube principal 8, le sens de circulation des gaz est schématisé par des flèches

Cette préchambre 1 débouche perpendiculairement à l'axe du tube principal 8 et dans le diffuseur cylindrique 11 contenu dans le corps du brûleur 9 il sera préférentiellement disposé exactement au centre de ce tube principal 8 ayant exactement le même axe. La liaison entre la préchambre 1 et le diffuseur 11 constituant un coude à 90°. A l'axe de ce coude, correspondant aux croisements des axes du diffuseur et de la préchambre, l'injecteur principal 10 sera disposé de manière à injecter à contre courant comme représenté par la flèche.

Cet injecteur principal 10 sera mis en oeuvre lorsque le régime de la combustion dans la préchambre sera établi, de manière à injecter en quelques sortes ce nouveau flux air/carburant directement dans la flamme sortant de cette préchambre. En réalité ce sera après un minimum d'une vingtaine de secondes de fonctionnement que l'injection principal pourra commencer.

Cet injecteur principal 10 sera commandé par le calculateur moteur et alimenté en air et carburant (non représenté) de manière à atteindre les objectifs de température fixée et ne pas les dépasser. Une sonde de température placée en aval de cet ensemble contrôlera la température des gaz d'échappement et donnera les informations au calculateur pour qu'il ajuste en permanence le débit de carburant.

Avantageusement, l'injecteur pourra être d'un type similaire à celui utilisé sur les moteurs à injection indirecte commandé par le calculateur en % d'ouverture, et alimenté par une pompe de gavage classique pour assurer une pression de 2 à 8 bars, cette pompe étant dimensionnée en fonction du niveau de puissance de chauffage désiré.

Sur cet injecteur principal 10 simultanément à l'injection du carburant de l'air sera aussi injecté, de manière à obtenir suffisamment de mouvement pour propulser le mélange air carburant sur plusieurs dizaines de centimètres à contre courant du sens de circulation de gaz d'échappement.

La figure 3, illustre pour une injection à contre courant, l'allure du front de flamme à l'intérieur du tube concentrique du brûleur associé à tous les mouvements que le sens de circulation et l'effet venturi génèrent entre les gaz d'échappement et la flamme, l'ensemble étant représenté par des flèches différemment orientées.

Comme on l'a vue précédemment l'injection principale ne débutera que lorsque le régime de la combustion de la préchambre sera établi, dans ces conditions, l'injecteur principal injectera directement dans la flamme et comme c'est un mélange air et carburant qui est injecté cette flamme commencera à s'établir directement à la sortie de l'injecteur représenté par les flèches 12 et puisera au fur et à mesure de son avancement l'oxygène résiduel des gaz d'échappement qui circule en sens inverse Ce mélange étant expulsé avec une certaine énergie et vitesse, la flamme s'établira sur une longueur de 10 à 30 cm pour se retourner comme le montre la flèche 13 et s'écouler à la périphérie dans le tube du brûleur 9, comme le montre les flèches 14.

Pour fmir sur les effets dynamiques, il faut aussi prendre en compte l'effet venturi 15 généré par la vitesse d'injection du mélange air/carburant dans le diffuseur qui entraine dans le flux air/carburant injecté une bonne partie des gaz de combustion très chaud en provenance de la préchambre, mais aussi une partie des gaz de combustion de la flamine principale qui circule à contre sens à la périphérie du corps du brûleur 9 schématisé par les flèches 14.

Pour résumer, le premier facteur favorable à l'initialisation d'une flamme de bonne qualité est apporté par la possibilité d'injecter directement le mélange air/carburant dans une flamme et un flux à haute température 800 à 1300 °C, gaz en provenance de la préchambre et avoir une inflammation de qualité spontanée.

Le deuxième facteur qui permet d'obtenir une combustion complète est de bonne qualité est apporté dans le premier mode de réalisation par l'injection principale à Contre courant du mélange air/carburant dans les gaz d'échappement. Cette disposition permettant aussi un échange au moment de l'introduction à la sortie de l'injecteur 10 avec les gaz de combustion à haute température facteur favorable pour obtenir des vitesses de combustion importantes associées à des températures de flamme élevées.

Le troisième facteur sera que grâce à cet échange permanent entre les gaz 13 d'échappement et la flamme la combustion se fera à plus haute température, permettant d'obtenir une excellente qualité de combustion sans être obligé d'injecter avec le carburant tout l'air nécessaire à une combustion stoechiométrique. La flamme trouvant l'oxygène nécessaire dans l'oxygène résiduel des gaz d'échappement au minimum 10 % pour les moteurs diesel suralimentés. Le déplacement à contre courant permettant à la flamme de puiser au fur et à mesure l'oxygène nécessaire dans l'oxygène résiduel des gaz d'échappement.

La figure 4 représente un second mode de réalisation dans lequel l'injection principale 10 du mélange air/gazole 10 est réalisée toujours dans un tube diffuseur 11 en relation direct avec la préchambre 1, et contenu dans un tube de brûleur 9 disposé au centre et dans l'axe d'alimentation des gaz d'échappement mais cette injection est réalisée dans le même sens de circulation des gaz d'échappement et non plus en opposition.

15 Cette disposition pourra être utilisée avantageusement lorsqu'une source importante d'air comprimé est disponible, permettant ainsi de pouvoir pratiquement à travers l'injecteur 10 injecter un mélange air/carburant dans les proportions stoechiométriques. Toutefois pour assurer une bonne qualité de combustion et une température homogène en sortie du tube d'échappement 8 un déflecteur de préférence cylindrique 16 et en 20 acier réfractaire sera disposé en sortie du brûleur 9 pour imposer un changement de direction comme le montre les flèches 17 et une homogénéisation avec le débit principal des gaz d'échappement pour obtenir une température homogène.

La figure 5 représente le second mode de réalisation comme la figure 4 mais avec une 25 variante sur la disposition de la bougie d'allumage dans la préchambre. Cette bougie 3 au lieu d'être disposée dans une cavité borgne 2 attenante à cette préchambre est dans cette variante disposée au fond de cette préchambre 1. Pour assurer l'allumage dans de bonne condition l'arrivée du mélange air/carburant est orientée de manière à propulser ce débit directement sur les spires de cette bougie porté au rouge. Ce mode de 30 réalisation pourra être privilégié chaque fois qu'il sera nécessaire d'avoir une préchambre particulièrement compact et pratiquement intégré au conduit d'échappement.

La figure 6 est une variante de la figure 4 avec toujours une injection principale dans le 35 même sens d'écoulement que les gaz d'échappement, avec un brûleur disposé en aval de la préchambre, mais présentant une particularité au niveau du déflecteur disposé en sortie du brûleur. Sur cette variante, ce déflecteur 18 présente une forme concentrique au brûleur de manière à imposé au gaz de combustion à la sortie du brûleur 9 un parcourt de longueur sensiblement égal mais surtout permettre un réchauffement de ses parois. Températures de parois plus élevées et parcourt de flamme plus long étant favorable pour obtenir une bonne qualité de la combustion. Conformément à l'invention, on vise à assurer un fonctionnement et surtout un démarrage corrects du brûleur, quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur, y compris à pleine puissance, c'est-à-dire lorsqu'il règne dans le brûleur des conditions de turbulence extrême. 10 Pour cela, le principe consiste à injecter dans une préchambre en dérivation du conduit d'échappement et contenant une bougie chauffante, une proportion représentant 5 à 100 % du mélange comburant/combustible et généré une flamme énergétique dans laquelle l'injection principale est réalisée. Cette injection étant 15 préférentiellement effectuée à contre courant pour améliorer la combustion.

Comme indiqué dans l'état antérieur de la technique, ce brûleur peut être mis en oeuvre de la même manière que pour la régénération des filtres à particules, chaque fois que les exigences en matière d'émission en polluants imposent une efficacité 20 optimum des catalyseurs utilisés pour le post traitement des gaz d'échappement dès le démarrage des moteurs.

La très faible taille de ce brûleur permettant de le disposer par exemple directement devant le catalyseur, voire dans le conduit d'arrivé des gaz d'échappement au niveau 25 de ce catalyseur, de sorte qu'il devient alors possible de mettre en température ce catalyseur dans un temps extrêmement court, typiquement quelques secondes, à comparer à une durée de plusieurs minutes en l'absence de cet artifice.5

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Brûleur alimenté par un mélange de carburant et de comburant, destiné à générer une flamme et corollairement de la chaleur destiné à chauffer au moins un élément de traitement ou de filtration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ledit brûleur disposé dans le conduit des gaz d'échappement comprend un corps de brûleur (9) avec son injecteur principal (10) et son diffuseur (11) dans lequel débouche perpendiculairement une préchambre (1) caractérisé en ce qu'il comprend en outre : ^ un moyen électrique d'allumage (3) dudit mélange dans la préchambre (2); ^ des moyens pour injecter indépendamment le carburant et le comburant dans la préchambre et sur l'injecteur principal. ^ L'injecteur étant disposé de manière à injecter à contre courant du sens de circulation des gaz d'échappement, le brûleur (9) étant ainsi monté en amont de cet injecteur (10)
2. 2. Brûleur selon l'une des revendications 1, caractérisé en ce qu'il comprend une arrivée additionnelle des gaz d'échappement dans la préchambre par des canalisations débouchant tangentiellement à cette préchambre cylindrique.
3. 3. Brûleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'injection de l'air par la canalisation (5) et du carburant par la canalisation(4) sur la résistance (Moyen électrique d'allumage (3)), de la préchambre (2) est effectuée en amont de celle-ci, air et carburant étant introduit de manière pulsé et selon une fréquence bien déterminée, la fréquence de commande desdits moyens étant identique ou différente, et étant comprise entre 0,5 et 10 hertz.
4. 4. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens pour injecter le carburant et le comburant dans la préchambre sont respectivement constitués d'une pompe à impulsion et d'une électrovanne.35
5. 5. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mélange de combustible et de comburant débouche au moyen des conduits (4 et 5) dans une préchambre (1) située perpendiculairement au corps de brûleur (9), et en ce que le moyen électrique d'allumage (3) dudit mélange est positionné dans la préchambre (1) ou dans une cavité (2)
6. 6. Ligne d'échappement de moteur à combustion interne, comprenant au moins un orifice d'entrée des gaz issus de ladite combustion interne, au moins une cartouche de filtration , destinée à piéger les particules solides contenues dans lesdits gaz d'échappement dudit moteur, et au moins un orifice d'échappement à l'atmosphère desdits gaz situé en aval de ladite cartouche de filtration , caractérisé en ce qu'elle comprend au moins un brûleur selon l'une des revendications 1 à 5.
7. 7. Ligne d'échappement de moteur à combustion interne, comprenant au moins un orifice d'entrée des gaz issus de ladite combustion interne, au moins un catalyseur de réduction des oxyde d'azote ou un catalyseur d'oxydation , destinée à réduire les polluants NOx, HC, CO contenues dans lesdits gaz d'échappement dudit moteur, et au moins un orifice d'échappement à l'atmosphère desdits gaz situé en aval dudit catalyseur, caractérisé en ce qu'elle comprend au moins un brûleur selon l'une des revendications 1 à 5.
8. 8. Bruleur selon l'une des revendications 1 à 5, incorporé directement dans la ligne de chauffage d'une machine à régénérer indépendante du moteur en remplacement d'une chaudière équipée de son brûleur et destiné à régénérer les filtres colmatés par des cendres incombustibles.