FR3110633A1 - Dispositif d’injection de liquide et ligne d’échappement comprenant un tel dispositif - Google Patents

Abstract

Dispositif d’injection de liquide et ligne d’échappement comprenant un tel dispositif Le dispositif d’injection (7) comprend au moins un impacteur (87) ayant : * un ensemble de plusieurs premières lames (89), séparées les unes des autres par des premières ouvertures (91); * un ensemble de plusieurs secondes lames (93), séparées les unes des autres par des secondes ouvertures (95), les secondes lames (93) étant décalées vers l’arrière par rapport aux premières lames (89) suivant la direction d’injection; les faces frontales (97, 99) des première et seconde lames (89, 93) ensembles interceptent directement au moins 75% du jet de liquide. Figure pour abrégé : 9

Description

Dispositif d’injection de liquide et ligne d’échappement comprenant un tel dispositif

L’invention concerne en général les dispositifs d’injections de liquide dans une ligne d’échappement.

Dans les lignes d’échappements équipées de catalyseurs de type SCR (Selective Catalytic Reduction, ou Réduction Catalylique Sélective en français), il est possible d’injecter dans les gaz d’échappement un liquide contenant de l’urée. L’urée, après évaporation, est transformée en ammoniac NH3. Dans le catalyseur SCR, les oxydes d’azote sont réduits en azote gazeux en présence de NH3.

Il est possible de prévoir un impacteur dans une telle ligne d’échappement. Sa fonction est d’intercepter le jet de liquide pour favoriser la transformation de l’urée en NH3 gazeux.

Cet impacteur est typiquement une plaque de métal pleine.

Ce type d’impacteur est particulièrement problématique quand il est utilisé dans une ligne d’échappement du type décrit dans la demande de brevet déposée sous le numéro de dépôt FR1559199.

Une telle ligne d’échappement 1’ comprend, comme illustré sur les figures 1 et 2, des organes amont et aval 3’ et 5’ de traitements des gaz d’échappement circulant dans la ligne d’échappement.

Les organes amont et aval 3’, 5’ sont placés en série dans la ligne d’échappement 1’.

L’organe amont 3’ est par exemple un catalyseur de type DOC (catalyseur d’oxydation pour diesel) et l’organe aval 5’ un catalyseur de type SCR.

La ligne d’échappement 1’ comporte encore un dispositif d’injection 7’ d’une solution aqueuse d’urée. Le dispositif d’injection 7’ injecte le liquide dans un volume 9’ s’étendant depuis une face de sortie 24’ de l’organe amont 3’ jusqu’à une face d’entrée 25’ de l’organe aval 5’.

Pour des raisons d’encombrement, l’organe amont 3’ et l’organe aval 5’ sont très proches l’un de l’autre, et sont par exemple séparés l’un de l’autre d’une distance de l’ordre de quatre centimètres, prise selon l’axe centrale L du volume 9’.

De manière à permettre un mélange homogène de l’ammoniac avec les gaz d’échappements, une cloison 27’ est agencée dans le volume 9’. Elle divise le volume 9’ en deux parties : un volume amont 33’ s’étendant de la face de sortie 24’ à la cloison 27’, et un volume aval 35’ s’étendant de la cloison 27’ à la face d’entrée 25’.

La ligne d’échappement 1’ comporte alors par exemple deux conduits 37’ s’étendant circonférentiellement en sens inverse autour de l’axe central L du volume 9’. Chaque conduit 37’ raccorde fluidiquement le volume amont 33’ au volume aval 35’. Chaque conduit 37’ s’étend depuis une entrée 39’ débouchant dans le volume amont 33’ jusqu’à une sortie 41’ débouchant dans le volume aval 35’, l’entrée 39’ étant commune aux deux conduits 37’.

Par ailleurs, la cloison 27’ définie au moins un canal d’injection 59’ et deux ailes 61’ disposées de part et d’autre du canal d’injection 59’. Les deux ailes 61’ sont inclinées de telle sorte qu’à partir du canal d’injection 59’, les deux ailes 61’ s’écartent l’une de l’autre et s’étendent vers l’organe amont 3’.

L’injecteur 15’ est placé à une extrémité du canal d’injection 59’, celui-ci s’étendant à partir de l’injecteur 15’ jusqu’à l’entrée 39’ commune des deux conduits 37’. L’injecteur 15’ injecte le liquide dans le canal d’injection 59’, à co-courant des gaz d’échappements.

Les impacteurs 87’ sont placés dans le canal d’injection 59.

Avec un tel agencement, les gaz d’échappement sortant de l’organe amont 3’ par la face de sortie 24’ arrosent directement la grande face amont de la cloison 27’. Les ailes 61’ guident les gaz d’échappement jusqu’au canal d’injection 59’. Les gaz d’échappement s’écoulent ensuite le long du canal d’injection 59’ jusqu’à l’entrée 39’ des conduits 37’.

Dans un tel agencement, les impacteurs 87’ constituent des obstacles gênant la circulation des gaz d’échappement le long du conduit d’injection 59’.

Ceci est négatif pour l’uniformité des vitesses des gaz d’échappement en sortie de l’organe amont 3’.

Les impacteurs 87’ créent également une contre-pression significative.

Par ailleurs, les impacteurs 87’ ne sont pas optimisés vis-à-vis de l’évaporation du liquide. En effet, pour un débit d’injection de liquide élevé, un film liquide d’épaisseur importante peut s’accumuler sur chaque impacteur. Le liquide se déplace alors vers des zones de l’impacteur où son évaporation crée des sources de réducteurs gazeux qui se mélangent mal avec le gaz, car ces zones sont mal localisées du point de vue de l’écoulement du gaz d’échappement.

Dans ce contexte, l’invention vise à proposer un dispositif d’injection qui ne présente pas les défauts ci-dessus.

A cette fin, l’invention selon un premier aspect porte sur un dispositif d’injection d’un liquide dans une ligne d’échappement, le dispositif d’injection comprenant :

- un volume délimitant intérieurement un passage de circulation des gaz d’échappement ;

- un injecteur, configuré pour injecter dans le passage au moins un jet de liquide selon une direction d’injection, le liquide comprenant un réducteur pour les oxydes d’azote ou un précurseur d’un tel réducteur ;

- pour le ou chaque jet de liquide, au moins un impacteur comprenant :

* un ensemble de plusieurs premières lames, de formes allongées et sensiblement parallèles les unes aux autres, les premières lames étant séparées les unes des autres par des premières ouvertures de forme allongée, chaque première lame ayant une face frontale tournée vers l’injecteur ;

* un ensemble de plusieurs secondes lames, de formes allongées et sensiblement parallèles les unes aux autres, les secondes lames étant séparées les unes des autres par des secondes ouvertures de forme allongée, les secondes lames étant décalées vers l’arrière par rapport aux premières lames suivant la direction d’injection, chaque seconde lame présentant une face frontale placée en face d’une des premières ouvertures suivant la direction d’injection ;

l’au moins un impacteur étant placé de telle sorte que les faces frontales des première et seconde lames ensembles interceptent directement au moins 75% du jet de liquide..

L’impacteur est transparent pour les gaz d’échappement, mais se comporte pratiquement comme une surface pleine vis-à-vis du jet de liquide injecté. L’impacteur ne fait donc plus obstacle à la circulation des gaz. Il ne dégrade plus l’uniformité du champ de vitesses des gaz d’échappement en sortie de l’organe amont, et génère beaucoup moins de contre-pression. La plus grande partie du réducteur est évaporée à un endroit où ce réducteur peut se mélanger avec le flux de gaz, du fait de la transparence de l’impacteur.

Du fait de sa forme, l’impacteur est entouré par une plus grande quantité de gaz d’échappement qu’un impacteur plein. Il reçoit donc une plus grande quantité d’énergie thermique des gaz d’échappement. Il est donc moins susceptible de présenter des zones froides, sous l’effet de l’évaporation du liquide. De telles zones froides présentent le défaut de créer le cas échéant des coulures de liquide, qui peuvent entraîner à terme la formation de dépôt solides dans la ligne d’échappement ou engendrer une mauvaise distribution du réducteur dans les gaz d’échappement.

Par ailleurs, la demanderesse a observé que la forme de peigne de l’impacteur permet au liquide de s’écouler par capillarité sur la face arrière des lames, c’est-à-dire sur la face qui n’est pas directement exposée au jet de liquide. Ceci permet de réduire l’épaisseur du film de liquides couvrants les lames. Il en résulte une meilleure évaporation du film de liquide, puisqu’il est plus facile d’évaporer un film mince qu’un film épais.

De plus, le transfert de chaleur des gaz d’échappement à l’impacteur est amélioré, du fait que les lames de l’impacteur se comportent comme des ailettes d’échangeur de chaleur.

Ces phénomènes favorisent la variété des régimes d’interactions entre les gouttes de liquides et la paroi de l’impacteur. Comme expliqué plus loin, par rapport à un impacteur plein, un plus grand nombre de gouttelettes se trouve dans le régime « rebond et éclatement ». Ceci contribue à maximiser l’évaporation du liquide sur l’impacteur, car un plus grand nombre de sources de réducteurs gazeux sont ainsi créées. De plus, ces sources de réducteur gazeux sont créées à des endroits bien ventilés par les gaz d’échappement.

Ceci est bénéfique à la fois pour le mélange entre les gaz d’échappement et le réducteur gazeux, et pour limiter la formation de dépôt.

Le dispositif d’injection peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérer individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

- quand le ou chaque impacteur est considéré en projection orthogonale dans un plan de projection perpendiculaire à la direction d’injection, les premières lames forment plusieurs premières bandes allongées suivant une première direction, parallèles les unes aux autres et séparées les unes des autres suivant une seconde direction perpendiculaire à la première ;

- quand le ou chaque impacteur est considéré en projection orthogonale dans un plan de projection perpendiculaire à la direction d’injection, les premières ouvertures forment d’autres premières bandes s’étendant selon la première direction et séparant les premières bandes les unes des autres ;

- quand le ou chaque impacteur est considéré en projection orthogonale dans un plan de projection perpendiculaire à la direction d’injection, les secondes lames forment plusieurs secondes bandes allongées suivant la première direction, superposées aux autres premières bandes ;

- les premières bandes recouvrent des bords des secondes bandes, ou les premières bandes sont entièrement disjointes des secondes bandes ;

- les premières lames s’étendent dans un même premier plan et/ou les secondes lames s’étendent dans un même second plan, les premier et second plans formant entre eux de préférence un angle compris entre 0° et 45° ;

- les premières lames s’étendent dans des premiers plans respectifs parallèles entre eux et/ou les secondes lames s’étendent dans des seconds plans respectifs parallèles entre eux, les premiers plans formant avec les seconds plans de préférence un angle compris entre 0° et 90°.

Selon un second aspect, l’invention porte sur une ligne d’échappement de véhicules, comprenant :

- des organes amont et aval de traitement des gaz d’échappement circulant dans la ligne d’échappement, les organes amont et aval étant placés en série dans la ligne d’échappement ;

- un dispositif d’injection ayant les caractéristiques ci-dessus, agencé de telle sorte que le volume s’étende depuis une face de sortie de l’organe amont jusqu’à une face d’entrée de l’organe aval;

- une cloison agencée dans le volume, la cloison ayant une grande face amont arrosée directement par les gaz d’échappement sortant de l’organe amont et divisant le volume en un volume amont s’étendant de la face de sortie à la cloison et un volume aval s’étendant de la cloison à la face d’entrée ;

- au moins un conduit raccordant fluidiquement le volume amont au volume aval, le ou chaque conduit ayant au moins une entrée débouchant dans le volume amont et au moins une sortie débouchant dans le volume aval, le ou chaque conduit s’étendant circonférentiellement autour d’un axe central du volume;

la cloison définissant au moins un canal d’injection et deux ailes disposées de part et d’autre du canal d’injection, les deux ailes étant inclinées de telle sorte qu’à partir du canal d’injection les deux ailes s’écartent l’une de l’autre et s’étendent vers l’organe amont ;

le canal d’injection s’étendant à partir de l’injecteur jusqu’à l’au moins une entrée, l’injecteur étant orienté de manière à injecter le liquide dans le canal d’injection à co-courant des gaz d’échappement, la direction d’injection étant sensiblement vers l’au moins une entrée ;

l’impacteur étant placé dans le canal d’injection.

La ligne d’échappement peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérer individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

- le canal d’injection présente, perpendiculairement à la direction d’injection, une largeur qui augmente vers l’au moins une entrée ;

- chaque aile présente une ligne d’inflexion divisant l’aile en une première surface inclinée vers l’injecteur et une seconde surface inclinée vers l’au moins une entrée, la première surface étant plus grande que la seconde surface ;

- le canal d’injection présente une longueur de canal déterminée, l’impacteur étant situé à une distance de l’au moins une entrée comprise entre 15% et 45% de ladite longueur de canal ;

- le dispositif d’injection comprend deux impacteurs écartés l’un de l’autre transversalement, les premières lames respectives des deux impacteurs étant disposées en un V pointant vers l’au moins une entrée ;

- les faces amont et aval présentent entre elles, suivant l’axe central du volume, une distance comprise entre 3 et 8 cm.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :

La figure 1 est une vue en section axiale d’une ligne d’injection selon la demande FR1559199, équipée de deux impacteurs pleins ;

La figure 2 est une vue en perspective du dispositif d’injection de la ligne d’échappement de la figure 1, illustrant la circulation des gaz ;

La figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1, pour une ligne d’échappement selon l’invention ;

La figure 4 est une vue en perspective de la cloison et des impacteurs de la ligne d’échappement de la figure 3 ;

La figure 5 est une vue de dessus correspondant à la figure 4 ;

La figure 6 est une vue de côté montrant le départ des deux conduits par lesquels les gaz d’échappement s’écoulent du volume amont au volume aval dans la ligne d’échappement de la figure 3 ;

La figure 7 est une vue de côté montrant l’entrée et les sorties des conduits ;

La figure 8 est une vue en perspective montrant les jets de liquide, l’impacteur, la cloison et les conduits de la ligne d’échappement de la figure 3 ;

et [Fig 10] Les figures 9 et 10 sont des vues respectivement de face et de dessus de l’impacteur de la figure 3 ;

La figure 11 est une vue en perspective d’une variante de réalisation de l’impacteur ;

Les figures 12 a) et b) sont des vues des lames de l’impacteur, respectivement en projection dans un plan perpendiculaire à la direction d’injection et suivant la direction d’allongement des lames pour une première possibilité d’agencement des lames ;

La figure 13 a) et b) sont des vues similaires à celles des figures 12 a) et b), pour une seconde possibilité d’agencement des lames ; et

[Fig 15] [Fig 16] [Fig 17] [Fig 18] Les figures 14 à 18 sont des représentations schématiques illustrant différentes variantes de réalisation pour l’agencement des lames de l’impacteur.

Dans la description qui va suivre, les éléments identiques ou assurant la même fonction que ceux de l’état de la technique représenté sur les figures 1 et 2 seront désignés par les mêmes références, mais sans le signe « ‘ ».

La ligne d’échappement 1 représentée partiellement sur la figure 3 est destinée à équiper un véhicule, typiquement un véhicule automobile tel qu’une voiture ou un camion.

Elle est plus particulièrement destinée à équiper un véhicule ayant un moteur Diesel.

La ligne d’échappement 1 comprend :

- des organes amont et aval 3, 5 de traitement des gaz d’échappement circulant dans la ligne d’échappement, les organes amont et aval 3, 5 étant placés en série dans la ligne d’échappement 1 ;

- un dispositif d’injection 7 d’un liquide dans la ligne d’échappement 1.

Le dispositif d’injection 7 comprend un volume 9 délimitant intérieurement un passage 11 de circulation d’un flux de gaz d’échappement, et un injecteur 15 configuré pour injecter dans le passage 11 au moins un jet de liquide.

Le liquide comprend un réducteur pour les oxydes d’azote ou un précurseur d’un tel réducteur.

La ligne d’échappement 1 capte les gaz d’échappement sortant du moteur thermique M du véhicule, et les conduit jusqu’à l’organe amont 3. Par ailleurs, les gaz d’échappement sortant de l’organe aval 5 sont conduits par la ligne d’échappement jusqu’à une canule 16 de relargage dans l’atmosphère.

L’organe amont 3 est logé dans un tube externe amont 17, avec interposition d’une nappe de maintien 19 entre l’organe 3 et le tube externe amont 17. La ligne d’échappement 1 comprend un conduit d’entrée E, et un cône divergeant 20 raccordant le conduit d’entrée E au tube externe amont 17. Le conduit d’entrée E communique fluidiquement avec le moteur M.

De même, l’organe aval 5 est logé dans un tube externe aval 21, avec interposition d’une nappe de maintien aval 22 entre le tube 21 et l’organe 5.

La ligne d’échappement 1 comporte un conduit de sortie S et un cône convergeant 23 raccordant le tube externe aval 21 au conduit de sortie S. La sortie S communique fluidiquement avec la canule 16.

Le volume 9 s’étend depuis une face de sortie 24 de l’organe amont 3 jusqu’à une face d’entrée 25 de l’organe aval 5.

L’organe amont est typiquement un catalyseur d’oxydation (DOC Diesel Oxydation Catalyste ou Catalyseur d’Oxydation Diesel) ou un NSC (NOx Storage Catalyst ou catalyseur de stockage des NOx) aussi appelé LNT (Lean NOx Trap ou piège à NOx), ou encore un PNA (Passive NOx Adsorber ou Adsorbeur de NOx passif).

L’organe aval est un catalyseur SCR (Selective Catalytic Reduction ou Réduction Catalytique Sélective), ou encore un SCRF (Selective Catalyst Reduction Filter ou Filtre Catalyseur de Réduction Sélective). Le SCRF est un filtre à particules (FAP ou DPF) recouvert de métaux catalyseurs pour faire fonction de SCR.

Dans un catalyseur SCR, les oxydes d’azote contenus dans les gaz d’échappement sont réduits en azote gazeux, en présence du réducteur. Ce réducteur est typiquement de l’ammoniac.

Le liquide injecté est par exemple de l’ammoniac liquide ou de l’urée, par exemple sous forme d’une solution aqueuse à 30% d’urée généralement commercialisée sous le nom Adblue. L’urée, dans le dispositif d’injection, est évaporée et subit une opération de thermolyse, à savoir une opération de décomposition thermique générant de l’ammoniac gazeux.

Si le réactif injecté est de l’ammoniac liquide, celui-ci subit seulement une opération de vaporisation dans le tronçon d’injection.

Le passage de circulation 11 présente une ligne centrale L de longueur déterminée entre les faces de sortie et d’entrée 24, 25. La ligne centrale L est la ligne passant par les centres géométriques des sections droites du passage de circulation 11. Dans l’exemple représenté, elle est confondue avec les axes centraux des organes amont et aval 3, 5. Elle est perpendiculaire aux faces de sortie et d’entrée 24, 25.

Par ailleurs, la ligne d’échappement 1 comporte une cloison 27 agencée dans le volume 9, représentée en détails sur les figures 4 et 5.

La cloison 27 est placée dans le trajet du flux de gaz d’échappement, de telle sorte que le trajet moyen des veines de gaz d’échappement parcourant le passage 11 soit supérieur d’au moins 20% par rapport à la longueur déterminée.

En d’autres termes, la cloison est prévue pour allonger le trajet des gaz d’échappement parcourant le passage de circulation, de manière à faciliter l’évaporation du liquide et le mélange du réducteur avec les gaz d’échappement.

Typiquement, la ligne d’échappement comporte une cloison 27 unique.

La cloison 27 présente une grande face amont 29 directement arrosée par les gaz d’échappement sortant de l’organe amont 3.

En d’autres termes, il n’existe pas une autre cloison interposée entre l’organe amont 3 et la cloison 27, et canalisant les gaz d’échappement selon un certain parcours. Les gaz d’échappement sortant de l’organe amont 3 par la face de sortie 24 rencontrent directement la cloison 27, sans être déviés auparavant par un obstacle de grande taille. Ainsi, la quasi-totalité de la grande face amont 29 est située directement en regard de la face de sortie 24.

La cloison 27 divise le volume 9 en un volume amont 33 s’étendant entre la face de sortie 24 et la cloison 27, et un volume aval 35 s’étendant entre la cloison 27 et la face d’entrée 25.

Par ailleurs, le volume 9 comprend au moins un conduit 37 raccordant fluidiquement le volume amont 33 au volume aval 35.

Le ou chaque conduit 37 présente au moins une entrée 39 débouchant dans le volume amont 33, et au moins une sortie 41 débouchant dans le volume aval 35.

Le ou chaque conduit 37 s’étend circonférentiellement autour d’un axe central du volume 9, correspondant ici à la ligne centrale L.

Avantageusement, le volume 9 comprend deux conduits 37, chacun raccordant fluidiquement le volume amont 33 au volume aval 35, comme illustré sur les figures 6 à 8. Les deux conduits 37 s’étendent circonférentiellement en sens inverses, autour de la ligne centrale L, à partir d’une entrée unique 39.

Le volume 9 présente, perpendiculairement à la ligne centrale L, une section interne, la cloison 27 ayant une forme complémentaire de cette section interne. En d’autres termes, la cloison 27 s’étend sur toute la section interne du volume 9, ou sur la quasi-totalité de la section interne de l’enveloppe 9. Les gaz d’échappement, pour circuler du volume amont 33 au volume aval 35, sont forcés de passer par le ou les conduits 37.

Le ou chaque conduit 37 s’étend circonférentiellement autour de la ligne centrale L, au sens il décrit un arc centré sur la ligne centrale L. Cet arc est un arc de cercle, ou à une forme peu différente d’un arc de cercle.

La cloison 27 est une plaque métallique, de faible épaisseur.

La cloison 27 définit au moins un canal d’injection 59 et deux ailes 61 disposées de part et d’autre du canal d’injection 59.

Le canal d’injection 59 s’étend à partir de l’injecteur 15 jusqu’à l’au moins une entrée 39.

Comme visible sur la figure 10, le canal d’injection 59 s’étend selon un diamètre de la cloison 27.

Les deux ailes 61 sont typiquement symétriques l’une de l’autre par rapport au canal d’injection 59.

Les deux ailes 61 sont inclinées de telle sorte que, à partir du canal d’injection 59, elles s’écartent l’une de l’autre et s’étendent vers l’organe amont 3. Les deux ailes 61 s’écartent l’une de l’autre selon une direction radiale.

En d’autres termes, considérée perpendiculairement à la direction d’injection, la cloison 27 présente des sections en forme générale de V. Les ailes du V sont typiquement légèrement convexes vers l’organe amont 3.

Chaque aile 61 définit une zone de guidage des gaz d’échappement, agencée de manière à guider jusqu’au canal d’injection 59 une partie des gaz d’échappement arrosant la grande face amont 29 de la cloison.

L’injecteur 15 est orienté de manière à injecter au moins un jet de liquide dans le canal d’injection 59, suivant une direction d’injection. La direction d’injection est sensiblement vers l’au moins une entrée 39.

L’injecteur 15 injecte le ou chaque jet de liquide à co-courant des gaz d’échappement.

Comme visible sur la figure 5, le canal d’injection 59 présente, perpendiculairement à la direction d’injection, une largeur qui augment vers l’au moins une entrée. La largeur est prise selon une direction transversale, perpendiculaire à la fois à la ligne centrale et à la direction d’injection.

Dans l’exemple de réalisation représenté, le volume 9 comporte une paroi tubulaire 63 dans laquelle est logée la cloison 27, et une coque 65 rapportée sur la paroi tubulaire 63 et délimitant les conduits 37.

La paroi tubulaire 63 est coaxiale à la ligne centrale L. Elle est typiquement cylindrique, de section circulaire.

Le tube externe amont 17, la paroi tubulaire 63 et le tube externe aval 21 sont typiquement un seul et même tube, et sont venus de matière les uns avec les autres.

L’entrée 39 est découpée dans la paroi tubulaire 63, comme visible plus particulièrement sur la figure 7.

Par ailleurs, la ou chaque sortie 41 est découpée dans la paroi tubulaire 63 pour chaque conduit 37.

La coque 65 présente la forme générale d’une bague, comme illustré sur les figures 6 et 8. Cette bague entoure complètement la paroi tubulaire 63, et est rapportée contre la surface externe de la paroi tubulaire 63. Elle couvre l’entrée 39 et les sorties 41. La coque 65 est sensiblement coaxiale à la ligne centrale L.

Comme visible sur la figure 8, la coque 65 comprend deux zones concaves 67, 69 s’étendant circonférentiellement en sens inverse à partir d’une zone centrale 71 placée face à l’entrée 39.

La coque 65 comporte encore un bord circonférentiel supérieur 73 et un bord circonférentiel inférieur 75 délimitant la coque respectivement vers l’organe amont et vers l’organe aval. Les bords 73 et 75 sont de forme cylindrique et présentent un diamètre interne sensiblement égal au diamètre externe de la paroi tubulaire 63. Ils sont plaqués contre la partie tubulaire 63 et fixés de manière étanche à la surface externe de la paroi tubulaire 63. Les zones concaves 67, 69 font saillies radialement vers l’extérieur par rapport aux bords circonférentiels 73, 75 et sont ouvertes vers l’intérieur.

Chacune des zones concaves 67, 69 s’étend sur légèrement moins de 180° à partir de la zone centrale 71. Elles présentent des extrémités respectives qui sont séparées l’une de l’autre par une bande 77 raccordant les bords inférieur et supérieur 73, 75 l’un à l’autre. La bande 77 est plaquée de manière étanche contre la surface externe de la partie tubulaire 63, de telle sorte que les gaz d’échappement ne peuvent pas passer d’une zone concave à l’autre.

La coque 65, qui définit la paroi externe des conduits 37, présente une nervure verticale 79, parallèle à la ligne centrale L, au centre de l’entrée 39 (figures 6 et 8). Cette nervure 79 s’étend sur la plus grande partie de la hauteur des conduits 37, la hauteur étant prise parallèlement à la ligne centrale L. La nervure 79 est ménagée sur la zone centrale 71.

La paroi tubulaire 63 présente un orifice 81 pour la réception d’un support d’injecteur 83 (figure 3). L’orifice 81 est diamétralement opposé à l’entrée 39 par rapport à l’axe central L. Il est placé à une extrémité du canal d’injection 59

L’injecteur 15 est fixé au support d’injecteur 83 et injecte le liquide à travers l’orifice 81 dans le canal d’injection 59.

La bande 77 passe sous l’orifice 81 et présente une échancrure 85 au droit de l’orifice 81.

Ainsi, les conduits 37 sont situés à l’extérieur du volume délimité par la partie tubulaire 63. Ceci permet d’allonger le trajet moyen des veines de gaz d’échappement, sans augmenter excessivement l’encombrement du tronçon d’injection 7 parallèlement à la ligne centrale L.

L’injecteur 15 injecte dans l’exemple représenté deux jets de liquides dans le passage de circulations des gaz d’échappement 11. En variante, il injecte un seul jet de liquide ou plus de deux jets de liquide.

Pour chaque jet de liquide, le dispositif d’injection 7 comprend au moins un impacteur 87. Dans l’exemple représenté, le dispositif d’injection 7 comporte un impacteur par jet de liquide, et comporte donc au total deux impacteurs 87.

En variante, un même impacteur est utilisé pour intercepter plusieurs jets de liquides.

Selon une autre variante, plusieurs impacteurs sont utilisés pour intercepter ensemble un même jet de liquide.

Le ou chaque impacteur 87 est placé dans le canal d’injection 59. Typiquement, il est rigidement fixé à la cloison 27.

De manière avantageuse, le ou chaque impacteur 87 comprend :

- un ensemble de plusieurs premières lames 89, de forme allongées et sensiblement parallèles les unes aux autres, les premières lames 89 étant séparées les unes aux autres par des premières ouvertures 91 de forme allongée ;

- un ensemble de plusieurs secondes lames 93, de forme allongées et sensiblement parallèles les unes aux autres, les secondes lames 93 étant séparées les unes aux autres par des secondes ouvertures 95 de forme allongée, les secondes lames 93 étant décalées vers l’arrière par rapport aux premières lames 89 suivant la direction d’injection.

L’impacteur 87 est particulièrement bien visible sur les figures 4, 9 et 10.

Les premières lames 89 ont chacune une face frontale 97 tournée vers l’impacteur 15. De même, les secondes lames présentent chacune une face frontale 99 tournée vers l’injecteur 15.

Les faces frontales 99 des secondes lames sont placées en face chacune d’une des premières ouvertures 91 suivant la direction d’injection.

L’au moins un impacteur 87 est placé de tel sorte que les faces frontales 97, 99 des premières et secondes lames 89, 93 ensemble interceptent directement au moins 75 % du jet de liquide.

De préférence, les faces frontales 97,99 des premières et secondes lames 89,93 interceptent directement au moins 85 % du jet de liquide, et encore de préférence au moins 90 % du jet de liquide.

Quand un seul impacteur est utilisé pour intercepter un jet de liquide donné, les faces frontales dudit impacteur interceptent ensemble directement au moins 75 % du jet de liquide.

Quand plusieurs impacteurs sont utilisés pour intercepter un jet de liquide donné, les faces frontales desdits impacteurs interceptent ensemble directement au moins 75 % du jet de liquide.

L’écartement entre les premières et secondes lames 89,93 suivant la direction d’injection est faible, au regard de la longueur du canal d’injection 59 suivant la direction d’injection. Cet écartement est compris entre 4 et 7 mm, de préférence est sensiblement égal à 7 mm, et idéalement égal à 7 mm.

On entend ici par « intercepter directement » le fait que les gouttelettes de liquide injectées par l’injecteur 15 circulent directement depuis l’injecteur 15 jusqu’aux premières et secondes lames, sans rencontrer d’obstacles ou rebondir sur une autre surface solide.

Le terme « au moins 75% du jet de liquide » signifie que 75% en volume du jet de liquide atteint directement les premières et secondes lames 89, 93.

L’impacteur 87 a une forme générale de peigne.

Plus précisément, quand l’impacteur 87 est considéré en projection orthogonale dans un plan de projection perpendiculaire à la direction d’injection, les premières lames 89 forment plusieurs premières bandes allongées suivant une première direction D1, parallèles les unes aux autres et séparées les unes des autres suivant une seconde direction D2 perpendiculaire à la première. Les figures 12 a) et 13 a) illustrent un tel agencement.

Les premières ouvertures 91 forment alors d’autres premières bandes s’étendant selon la première direction D1 et séparant les premières bandes les unes des autres.

Les secondes lames 93 forment plusieurs secondes bandes allongées suivant la première direction D1, superposé aux dites autres premières bandes.

Selon une première variante de réalisation, les premières bandes recouvrent les bords des secondes bandes. Un tel agencement est représenté sur la figure 13 a).

Suivant une autre variante de réalisation, les premières bandes sont entièrement disjointes des secondes bandes. Un tel agencement est représenté sur la figure 12 a).

En d’autres termes, considérés en projection dans un plan perpendiculaire à la direction d’injection, les premières lames 89 sont séparées des secondes lames 93 par des interstices.

Comme visible sur la figure 10, les premières lames 89 s’étendent typiquement dans un même premier plan.

De même, les secondes lames 93 s’étendent avantageusement dans un même second plan.

Les premier et second plans forment entre eux un angle compris entre 0° et 45°, de préférence compris entre 0 et 30°.

Selon une première variante, les premier et second plans forment entre eux un angle nul, c’est-à-dire sont parallèles entre eux. Une telle situation est illustrée sur les figures 10, 11, 12 et 13.

Selon une autre variante, les premier et second plans forment entre eux un angle non nul. Une telle situation est illustrée sur les figures 15 a) et b). Sur la figure 15 a), les premières et secondes lames 89, 93 sont vues de dessus, c’est-à-dire sensiblement suivant la ligne centrale L. Sur la figure 15 b), les premières et secondes lames 89, 93 sont vues suivant la direction d’allongement des lames, c’est-à-dire suivant la flèche XV matérialisée sur la figure 15 a).

Suivant une autre variante de réalisation, illustrée sur la figure 14, les premières lames 89 sont disposées dans des premiers plans respectifs distincts les uns des autres et parallèles entre eux.

Avantageusement, les secondes lames 93 sont également disposées dans des seconds plans respectifs distincts les uns des autres et parallèles entre eux.

Sur la figure 14, les première et seconde lames 89, 93 sont vues suivant la direction d’allongement des lames.

Les premiers plans forment avec les seconds plans un angle α compris entre 0 et 90°, de préférence compris entre 15 et 75° et encore de préférence compris entre 30° et 60°.

Les premières lames 89 sont typiquement rectilignes.

De même, les secondes lames 93 sont typiquement rectilignes.

En variante, comme représenté sur la figure 18, les secondes lames 93 présentent une forme arquée et les premières lames 89 sont rectilignes. Sur la figure 18, les première et seconde lames sont vues de dessus, c’est-à-dire sensiblement suivant la ligne centrale L.

Plus précisément, considérée en section dans un plan perpendiculaire à la seconde direction, chaque seconde lame 93 présente une forme arquée, concave vers l’injecteur 15.

En variante, les première lames 89 ont une forme arquée et les secondes lames 93 sont rectilignes. Plus précisément, considérées en section perpendiculairement à la seconde direction, les premières lames 89 sont arquées, et concaves vers l’injecteur 15.

Selon encore une autre variante, les premières lames 89 et les secondes lames 93 sont arquées.

Selon encore une autre variante d’organisation illustrées sur la figure 17, chaque première lame 89, considérée en section perpendiculairement à sa direction d’allongement, présente une section arquée. Avantageusement, chaque seconde lame 93 considérée en section perpendiculairement à sa direction d’allongement, présente également une section arquée. Dans ce cas, les premières lames 89 sont convexes vers l’injecteur 15, et les secondes lames 93 sont concaves vers l’injecteur 15.

En variante, seules les premières lames sont arquées en section perpendiculairement à leurs directions d’allongement. Selon une autre variante, seules les secondes lames sont arquées en section perpendiculairement à leurs directions d’allongement.

Selon encore une autre variante de réalisation illustrée sur les figures 16 a) et b), l’impacteur 87 comprends un ensemble de plusieurs troisièmes lames 100, de formes allongées et sensiblement parallèles les unes aux autres. Les troisièmes lames 100 sont séparées les unes des autres par une ou plusieurs troisièmes ouvertures 101 de forme allongée. Chaque troisième lame 99 a une face frontale 102 tournée vers l’injecteur 15.

Les troisièmes lames 99 sont décalées vers l’arrière par rapport aux secondes lames 93 suivant la direction d’injection.

L’écartement entre les troisièmes lames 99 et les secondes lames 93 est proche de l’écartement entre les secondes lames 93 et les premières lames 89 suivant la direction d’injection.

Les faces frontales 102 des troisièmes lames 99 sont placées chacune en face d’une des secondes ouvertures 95.

En d’autres termes, les troisièmes lames 97 sont placées en vis-à-vis de certaines des premières lames 89.

Sur la figure 16 a), les premières secondes et troisièmes lames sont vues de dessus, c’est-à-dire sensiblement selon la ligne centrale L. Sur la figure 16 b), les premières, secondes et troisièmes lames sont considérées selon leurs directions d’allongement, c’est-à-dire selon la flèche XVI matérialisée sur la figure 16 a).

L’écartement entre les lames suivant la seconde direction, la longueur des lames, et le nombre de lames sont choisis en fonction de la taille du jet de liquide au niveau de la zone d’impact avec les lames.

Dans l’exemple représenté sur les figures 3 à 15, chaque impacteur 87 comporte trois premières lames 89 et deux secondes lames 93. Ce nombre de lames peut être augmenté ou diminué.

En tout état de cause, l’impacteur est conçu pour que la plus grande partie possible du liquide soit interceptée par les premières et secondes lames, en prenant en compte la géométrie du jet de liquide et les tolérances dans les dimensions de l’impacteur. Sur les figures 12 a) et 13 a), on a représenté la taille du jet de liquide au niveau de la zone d’impact avec l’impacteur 87.

Pour augmenter la proportion de liquide interceptée par un impacteur 87, il est possible d’augmenter la taille de l’impacteur 87, ou de le placer plus près de l’injecteur 15 suivant la direction d’injection. Ces deux stratégies présentent chacune des avantages et des défauts, comme expliqué plus loin.

Les premières lames 89 sont allongées longitudinalement et présentent des extrémités longitudinales proximales et distales respectives 103, 105. Dans l’exemple représenté sur la figure 9, les extrémités proximales respectives 103 des premières lames 89 sont solidaires les unes des autres, et les extrémités distales respectives 105 des premières lames 89 sont libres.

De même, les secondes lames 93 sont allongées longitudinalement et présentent des extrémités longitudinales proximales et distales 107, 109 respectives. Les extrémités proximales respectives 107 des secondes lames 93 sont solidaires les unes des autres. Les extrémités distales respectives 109 des secondes lames 93 sont libres.

Dans l’exemple représenté sur la figure 9, les extrémités proximales 103, 107 respectives des premières et secondes lames 89, 93 sont solidarisées par un montant 111.

Selon une variante de réalisation représentée dans la figure 11, les extrémités distales 105 des premières lames 89 sont solidaires les unes des autres, et sont liées par des ponts de matières 113. De même, les extrémités distales 109 des secondes lames 93 sont solidarisées les unes des autres par des ponts de matière 115.

De préférence, l’impacteur 87 est venu de matière, dans une plaque métallique.

Il est de préférence obtenu par découpe et pliage de ladite plaque métallique.

Dans l’exemple représenté, le dispositif d’injection comporte deux impacteurs 87, sensiblement identiques l’un à l’autres.

Les deux impacteurs 87 sont obtenus par découpe et pliage d’une même plaque métallique.

Le canal d’injection 59 présente suivant la direction d’injection une longueur de canal déterminée. L’impacteur 87 est situé à une distance de l’au moins une entrée 39 comprises entre 15% et 45% de la longueur de canal, de préférence comprise entre 20 et 40% et valant environ 30% de la longueur de canal. Comme expliqué plus loin, cette distance permet un fonctionnement optimisé du dispositif d’injection.

Par ailleurs, le fonctionnement du dispositif d’injection est d’autant meilleur que le flux de gaz d’échappement passant à travers le ou les impacteurs 87 est élevé. Pour ce faire, chaque aile 61 présente une ligne d’inflexion 117, matérialisée sur la figure 4, divisant l’aile 61 en une première surface 119 inclinée vers l’injecteur et une seconde surface 121 inclinée vers l’au moins une entrée 39.

On entend par là que, quand on considère un point de la première surface 119, et qu’on trace une première ligne allant dudit point jusqu’à l’extrémité du canal d’injection 59 située côte injecteur, et une seconde ligne allant dudit point à l’extrémité du canal d’injection 59 tournée vers l’entrée 39, alors, au voisinage de ce point la pente de la première ligne est plus forte que la pente de la seconde ligne.

Inversement, quand on considère un point quelconque de la seconde surface 121, et qu’on trace les première et seconde lignes mentionnées ci-dessus, alors, au voisinage de ce point la pente de la seconde ligne est plus forte que la pente de la première ligne.

La première surface 119 est plus grande que la seconde surface 121, de manière à orienter autant de gaz d’échappement que possible vers l’amont du canal d’injection 59.

Par ailleurs, dans l’exemple représenté où le dispositif d’injection comporte deux impacteurs 87, écartés l’un de l’autre transversalement, alors les premières lames 93 respectives des deux impacteurs 87 sont disposés en un V pointant vers l’au moins une entrée 39.

Le fonctionnement de la ligne d’échappement 1 et du dispositif d’injection va maintenant être décrit.

Les gaz d’échappement sortant par la face de sortie 24 de l’organe amont 3 viennent frapper directement la grande face amont de la cloison 27. Une partie des gaz échappement est collectée directement par le canal d’injection 59 et s’écoule le long de celui-ci jusqu’à l’entrée 39.

Une autre partie des gaz d’échappement est collectée par les deux ailes 61 et est guidée par les ailes 61 jusqu’au canal d’injection 59. Ces gaz sont ensuite canalisés par le canal d’injection jusqu’à l’entrée 39.

Le débit de gaz d’échappement s’écoulant le long du canal d’injection 59 augmente donc depuis l’injecteur vers l’entrée 39.

Pour un bon fonctionnement du dispositif d’injection, il est important de collecter autant de gaz que possible dans la partie du canal d’injection située en amont de l’impacteur 87, c’est-à-dire entre l’injecteur 15 et l’impacteur 87. Ceci est facilité par la forme des ailes 61 décrite plus haut, qui est choisie de manière à orienter autant que possible les gaz d’échappement vers l’injecteur 15 et non pas directement vers l’entrée 39.

De même, la position du ou des impacteurs 87 le long du canal d’injection 59 est choisie de telle sorte que la plus grande partie des gaz d’échappement soit collectée dans le canal d’injection 59 entre l’impacteur 87 et l’injecteur.

Il est particulièrement important que la plus grande partie possible des gaz d’échappement s’écoule à travers ou autour de l’impacteur.

En effet, plus la quantité de gaz s’écoulant autour de l’impacteur est grande, plus la quantité d’énergie thermique reçue par l’impacteur est élevée. Ceci réduit les chances que le contact avec le liquide injecté, et l’évaporation de ce liquide, crée des zones froides dans l’impacteur. De telles zones froides sont un frein pour l’évaporation du liquide, et peuvent créer des coulures ou même conduire à des dépôts solides dans le dispositif d’injection. Elles nuisent à une distribution uniforme du réducteur dans le flux de gaz à échappement.

Par ailleurs, canaliser la plus grande quantité possible du gaz d’échappement au point où le réducteur gazeux est généré permet de démarrer le mélange entre le réducteur gazeux et les gaz d’échappement aussi tôt que possible le long du parcours des gaz d’échappement.

De plus, ceci évite la création d’un grand nombre de veines de gaz d’échappement sans réducteur, qui devront être mélangées aux veines de gaz d’échappement chargées en réducteur. Si les veines de gaz d’échappement sans réducteurs sont trop nombreuses, obtenir un mélange homogène du réducteur dans l’ensemble du flux de gaz d’échappement devient difficile.

Comme indiqué plus haut, la position de l’impacteur 87 le long du canal d’injection 59 est un paramètre important. De manière surprenante, la demanderesse a constaté que la position de l’impacteur 87 à une distance de l’entrée 39 comprise entre 15 et 45% de la longueur du canal d’injection 59 était particulièrement favorable et permettait un fonctionnement optimisé du dispositif d’injection 7.

En effet, si l’impacteur 87 est placé trop près de l’injecteur 15, la quantité de gaz d’échappement circulant à travers l’impacteur ou autour de l’impacteur 87 est réduite. Si l’impacteur 87 est trop près de l’entrée 39, il est nécessaire d’augmenter la taille de cet impacteur 87 pour intercepter directement une grande partie du jet de liquide. En effet, le jet de liquide présente typiquement une forme conique, avec une section allant en s’agrandissant à partir de l’injecteur 15 jusqu’à l’impacteur 87. Plus l’impacteur est loin de l’injecteur 15, plus sa taille doit être importante. Toutefois, la taille de l’impacteur 87 a un impact direct sur la perte de charge. Ceci est d’autant plus vrai que, dans la ligne d’échappement 1 de l’invention, l’écartement entre les faces amont et aval 24, 25 est extrêmement réduit.

Par ailleurs, si l’impacteur 87 est trop proche de l’entrée 39, alors la longueur de parcours disponible pour le mélange du réducteur et des gaz d’échappement est réduite.

Enfin, si l’impacteur est trop près de l’entrée 39, il va créer des turbulences dans l’écoulement des gaz d’échappement, qui sont défavorables du point de vue de la contre-pression.

L’injecteur 15 injecte chaque jet de réactif dans le canal d’injection 59, selon une direction d’injection sensiblement à co-courant du gaz d’échappement s’écoulant en ce canal.

Chaque jet est intercepté par le ou un des impacteurs 87.

Du fait de sa conception avec de multiples lames, disposées en quinconce, le ou chaque impacteur 87 est perméable au gaz d’échappement mais imperméable vis-à-vis du jet de liquide. Les gaz d’échappement peuvent circuler dans les premières et secondes ouvertures ménagées entre les premières et secondes lames. En revanche, du fait de leur inertie, les gouttelettes de liquides viennent impacter directement les lames.

Les secondes lames sont disposées face aux premières ouvertures de telles sorte qu’il n’existe pas d’interstices, ou de très faibles interstices, dans lesquels le jet de liquide pourrait passer. Le flux de gaz circulant dans le canal d’injection jusqu’à l’impacteur 87 peut adopter un parcours sinueux, et passer d’abord dans les premières ouvertures, entre les premières lames, et ensuite dans les secondes ouvertures, entre les secondes lames. Les gouttelettes de liquides n’adoptent pas un tel parcours et ne sont pas entraînées par le flux de gaz du fait de leur inertie.

Dans l’exemple de réalisation représenté sur les figures où le dispositif d’injection 7 comporte deux impacteurs, l’agencement en V des deux impacteurs 87 permet aux dispositifs d’injection de fonctionner particulièrement bien. Cette disposition en V fait que le réducteur gazeux généré au niveau des impacteurs est entraîné par les gaz d’échappement précisément sur la nervure verticale 79. Ceci contribue à la bonne homogénéisation du réducteur dans le flux de gaz d’échappement.

Selon l’invention, une grande proportion du jet de liquide est interceptée directement par le ou les impacteurs. Par exemple, 97% du jet de liquide est intercepté par l’impacteur 87. Environ 2,8 % du jet de liquide frappe la nervure verticale 79. 0,2% environ du jet de liquide frappe la cloison 27.

Avec un impacteur plein du type représenté sur les figures 1 et 2, de même taille que l’impacteur de l’invention, la proportion de liquide interceptée par l’impacteur est beaucoup plus faible.

Comme évoqué plus haut, l’utilisation d’un impacteur perméable aux gaz d’échappement est particulièrement avantageuse quand les organes amont et aval 3, 5 sont proches l’un de l’autre.

L’invention permet notamment de disposer des organes amont et aval 3, 5 de telle sorte que les faces amont et aval 24, 25 présentent entre elles, suivant l’axe central du volume 9, une distance comprise entre 3 et 8 centimètres, et valant typiquement 4 centimètres.

En effet, la présence dans le canal d’injection 59 d’un impacteur plein du type représenté sur les figures 1 et 2 crée une contre-pression significative. Ceci dû notamment à la taille de l’impacteur au regard de l’espace disponible entre la face amont 24 et la face aval 25. Avec un impacteur plein, opaque pour les gaz d’échappement, il existe une restriction au niveau de l’impacteur sur le chemin des gaz d’échappement le long du canal d’injection, depuis l’injecteur 15 vers l’entrée 39. Ceci force les gaz d’échappement à accélérer au niveau de ladite restriction. Une telle accélération génère une contre-pression.

Par ailleurs, le gaz d’échappement allant de l’organe amont 3 à l’organe aval 5 suivent naturellement le chemin offrant la moindre résistance. Avec un impacteur plein, ils s’écoulent préférentiellement, en quittant l’organe amont 3, directement entre l’impacteur 87 et l’entrée 39. Ainsi, une grande partie des gaz d’échappement ne s’écoule pas dans la portion du canal d’injection 59 situé entre l’injecteur 15 et l’impacteur 87. De ce fait, la vitesse des gaz d’échappement sortant de la face amont 24 n’est pas uniforme sur toute la face amont 24. Ceci est défavorable pour les performances de l’organe de purification amont.

Par ailleurs, du fait que seule une fraction réduite des gaz d’échappement est collectée entre l’injecteur et l’impacteur plein, les performances de mélange du réducteur avec les gaz d’échappement sont médiocres, et le risque qu’il se produise des dépôts de matières solides est augmenté.

L’utilisation d’un impacteur perméable au gaz contribue à résoudre l’ensemble de ces problèmes.

De plus, comme indiqué plus haut, l’agencement en forme de peigne de l’impacteur 87 permet d’augmenter les transferts de chaleur des gaz d’échappement à l’impacteur. Ceci provient du fait que l’impacteur, avec ces deux étages de lames, est entouré par une plus grande quantité de gaz d’échappement qu’un impacteur plein du type représenté sur les figures 1 et 2.

Ceci en conséquence favorise l’évaporation du liquide arrivant sur l’impacteur 87.

De plus, la demanderesse a constaté de manière surprenante que l’agencement de l’impacteur avec plusieurs rangées de lames, permettait la formation sur l’impacteur d’un film de liquide, qui s’écoule par capillarité de la face frontale de l’impacteur, tournée vers l’injecteur, jusqu’à la face arrière de chaque lame, située à l’opposé de l’impacteur. Ainsi, le liquide est réparti sur une surface plus grande, et le film de liquide présente une épaisseur réduite par comparaison avec un impacteur plein. Ceci est avantageux pour l’évaporation du liquide, puisqu’il est plus facile d’évaporer un film de liquide de faible épaisseur.

La demanderesse a également réalisé, de manière surprenante, que la forme de l’impacteur permettait de modifier le mode d’interaction des gouttelettes de liquide avec la paroi, par comparaison avec un impacteur plein.

On distingue généralement les modes d’interactions suivants entre les gouttelettes de liquide et l’impacteur :

• Splash (jaillissement)
• Etalement
• Rebond
• Adhésion
• Division et étalement
• Division et rebond

Avec l’impacteur de l’invention, une plus grande quantité de gouttelettes de liquide interagissent dans le mode « division et rebond ». Ceci contribue à une meilleure évaporation du liquide, par comparaison avec un impacteur plein, puisque ce mode d’interaction conduit à la formation de sources de vapeur supplémentaires.

L’avantage de l’impacteur de l’invention réside dans le fait que l’épaisseur de film liquide est faible car sa géométrie permet d’évacuer rapidement le film liquide sur ses bords et même l’arrière des ailettes. Au contraire, un impacteur plein, du fait de sa grande surface et de sa géométrie, ne permet pas d’évacuer le film liquide, surtout en son centre, ledit centre étant distant des bords. Dans ce cas, le film liquide s’épaissit et les nouvelles gouttelettes ne rebondiront pas et adhèrent à la paroi, aggravant le phénomène d’épaississement du film liquide qui peinera encore plus à s’évaporer. L’impacteur selon l’invention conserve un film liquide fin, favorisant le mode division et rebond, qui est source de création et dispersion de très petites gouttelettes, appelées source secondaire.

Par ailleurs, avec l’impacteur en forme de peigne de l’invention, les gouttelettes interagissent avec l’impacteur selon un plus grand nombre de mode différents, ce qui contribue à améliorer l’évaporation du liquide.

Le fait que la surface de l’impacteur soit divisée en plusieurs surfaces, lesdites surfaces étant en longueur fait que la distance entre la partie médiane de chaque surface en longueur et son bord est faible permet l’évacuation rapide du film liquide vers l’arrière desdites surfaces (mode étalement). De ce fait, la faiblesse du film permet de rester en rebond et division, générant comme expliqué plus haut une source supplémentaire secondaire.

Avec l’impacteur en forme de peigne de l’invention, environ 50% du liquide est évaporé au niveau de l’impacteur. Les 50% restant sont évaporés par contact avec d’autres surfaces du dispositif d’injection.

Avec un impacteur plein, seul 25% environ du liquide est évaporé au niveau de l’impacteur. 75% du liquide est évaporé par contact avec les autres surfaces.

Cette situation est défavorable par rapport à l’impacteur de l’invention, car les autres surfaces du dispositif d’injection sont plus froides que l’impacteur, de tel sorte qu’il peut se créer des dépôts de matières solides sur ces surfaces. Par ailleurs, l’évaporation se produit dans des zones non-optimum pour le mélange du réducteur gazeux avec le flux de gaz d’échappement. Dans de telles zones, la circulation des gaz d’échappement se fait à vitesse plus lente, ou se fait plus vers l’aval par rapport à l’impacteur, de telle sorte que l’homogénéisation du réducteur dans les gaz d’échappement se fait sur un parcours plus court.

A la sortie du canal d’injection 59, les gaz d’échappement pénètrent dans les conduits 37. Les gaz d’échappement se séparent en deux flux égaux, chacun des deux flux s’écoulant dans l’un des conduits 37. Cette séparation est facilitée par la nervure verticale 79, qui est sensiblement au milieu de l’entrée 39. Ceci permet de réduire la contre-pression générée par le changement direction de flux de gaz. La nervure verticale 79 permet de diviser le flux de gaz d’échappement de manière précise et moins dépendante des défauts géométriques.

Le réducteur se mélange aux gaz d’échappement au cours de son transit le long du canal d’injection 59, puis le long des conduits 37.

Par ailleurs, la forme des zones concaves 67, 69 est choisie de manière à créer des vortex ayant pour but de mélanger de manière uniforme le réactif dans les gaz d’échappement.

Les gaz d’échappement parcourent les conduits 37 jusqu’aux sorties 41. La forme et la position de ces sorties sont telles que les gaz d’échappement entrent le plus possible tangentiellement dans le volume aval 35, sous les ailes 61 de la cloison 27. Les lignes de flux se rejoignent sous l’injecteur 15, en amont du canal d’injection 59. A ce point, il y a peu d’espace entre la cloison 27 et la face d’entrée 25, de telle sorte que les gaz d’échappement vont changer de direction pour suivre une trajectoire parallèle au canal d’injection 59, vers l’entrée 39. On crée ainsi deux recirculations sous les ailes 61, ces recirculations circulaires étant séparées l’une de l’autre par le canal 59. Ceci favorise une répartition homogène des gaz d’échappement sur la face d’entrée 25 de l’organe aval 5.

La cloison 27 a donc une double fonction, de collecte des gaz d’échappement sortant de la face de sortie 24 de l’organe amont 3, et de diffusion des gaz d’échappement chargés en réactif sur la face d’entrée 25 de l’organe aval 5.

Le fait que l’injection soit réalisée à co-courant avec les gaz d’échappement présentent l’avantage que le jet de réactif n’est pas dévié en fonction du débit de gaz d’échappement.

L’invention a été décrite pour un dispositif d’injection agencé dans une ligne d’échappement du type protégé par la demande de brevet FR1559199.

Elle a été décrite avec deux conduits 37 raccordant chacun le volume amont 33 au volume aval 35. Le dispositif d’injection pourrait ne comporter qu’un seul conduit ou plus de deux conduits. Chaque conduit peut présenter une entrée propre.

En variante, le dispositif d’injection pourrait être intégré dans une ligne d’échappement avec des organes de purification amont et aval avancés en U comme décrit dans la demande de brevet déposée sous le numéro FR1454149. Le dispositif d’injection pourrait également être implanté dans une ligne d’échappement du type décrit dans la demande de brevet déposée sous le numéro FR0954199.

Claims (10)

1. Dispositif d’injection (7) d’un liquide dans une ligne d’échappement, le dispositif d’injection (7) comprenant :
   - un volume (9) délimitant intérieurement un passage (11) de circulation des gaz d’échappement ;
   - un injecteur (15), configuré pour injecter dans le passage (11) au moins un jet de liquide selon une direction d’injection, le liquide comprenant un réducteur pour les oxydes d’azote ou un précurseur d’un tel réducteur ;
   - pour le ou chaque jet de liquide, au moins un impacteur (87) comprenant :
   * un ensemble de plusieurs premières lames (89), de formes allongées et sensiblement parallèles les unes aux autres, les premières lames (89) étant séparées les unes des autres par des premières ouvertures (91) de forme allongée, chaque première lame (89) ayant une face frontale (97) tournée vers l’injecteur (15) ;
   * un ensemble de plusieurs secondes lames (93), de formes allongées et sensiblement parallèles les unes aux autres, les secondes lames (93) étant séparées les unes des autres par des secondes ouvertures (95) de forme allongée, les secondes lames (93) étant décalées vers l’arrière par rapport aux premières lames (89) suivant la direction d’injection, chaque seconde lame (93) présentant une face frontale (99) placée en face d’une des premières ouvertures (91) suivant la direction d’injection ;
   l’au moins un impacteur (87) étant placé de telle sorte que les faces frontales (97, 99) des première et seconde lames (89, 93) ensembles interceptent directement au moins 75% du jet de liquide.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel, quand le ou chaque impacteur (87) est considéré en projection orthogonale dans un plan de projection perpendiculaire à la direction d’injection, les premières lames (89) forment plusieurs premières bandes allongées suivant une première direction, parallèles les unes aux autres et séparées les unes des autres suivant une seconde direction perpendiculaire à la première.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel, quand le ou chaque impacteur (87) est considéré en projection orthogonale dans un plan de projection perpendiculaire à la direction d’injection, les premières ouvertures (91) forment d’autres premières bandes s’étendant selon la première direction et séparant les premières bandes les unes des autres.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel, quand le ou chaque impacteur (87) est considéré en projection orthogonale dans un plan de projection perpendiculaire à la direction d’injection, les secondes lames (93) forment plusieurs secondes bandes allongées suivant la première direction, superposées aux autres premières bandes.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les premières bandes recouvrent des bords des secondes bandes, ou les premières bandes sont entièrement disjointes des secondes bandes.
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premières lames (89) s’étendent dans un même premier plan et/ou les secondes lames (93) s’étendent dans un même second plan, les premier et second plans formant entre eux de préférence un angle compris entre 0° et 45°.
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les premières lames (89) s’étendent dans des premiers plans respectifs parallèles entre eux et/ou les secondes lames (93) s’étendent dans des seconds plans respectifs parallèles entre eux, les premiers plans formant avec les seconds plans de préférence un angle compris entre 0° et 90°.
8. Ligne d’échappement 1 de véhicule, la ligne d’échappement (1) comprenant :
   - des organes amont et aval (3, 5) de traitement des gaz d’échappement circulant dans la ligne d’échappement (1), les organes amont et aval (3, 5) étant placés en série dans la ligne d’échappement (1);
   -un dispositif d’injection (7) selon l’une quelconque des revendications précédentes, agencé de telle sorte que le volume (9) s’étende depuis une face de sortie (24) de l’organe amont (3) jusqu’à une face d’entrée (25) de l’organe aval (5) ;
   -une cloison (27) agencée dans le volume (9), la cloison ayant une grande face amont (29) arrosée directement par les gaz d’échappement sortant de l’organe amont (3) et divisant le volume (9) en un volume amont (33) s’étendant de la face de sortie (24) à la cloison (27) et un volume aval (35) s’étendant de la cloison (27) à la face d’entrée (25) ;
   -au moins un conduit (37) raccordant fluidiquement le volume amont (33) au volume aval (35), le ou chaque conduit (37) ayant au moins une entrée (39) débouchant dans le volume amont (33) et au moins une sortie (41) débouchant dans le volume aval (35), le ou chaque conduit (37) s’étendant circonférentiellement autour d’un axe central (L) du volume (9) ;
   - la cloison (27) définissant au moins un canal d’injection (59) et deux ailes (61) disposées de part et d’autre du canal d’injection (59), les deux ailes (61) étant inclinées de telle sorte qu’à partir du canal d’injection (59) les deux ailes (61) s’écartent l’une de l’autre et s’étendent vers l’organe amont (3);
   le canal d’injection (59) s’étendant à partir de l’injecteur (15) jusqu’à l’au moins une entrée (39), l’injecteur (15) étant orienté de manière à injecter le liquide dans le canal d’injection (59) à co-courant des gaz d’échappement, la direction d’injection étant sensiblement vers l’au moins une entrée (39);
   l’impacteur (87) étant placé dans le canal d’injection (59).
9. Ligne d’échappement selon la revendication 8, dans laquelle le canal d’injection (59) présente, perpendiculairement à la direction d’injection, une largeur qui augmente vers l’au moins une entrée (39).
10. Ligne d’échappement selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle chaque aile (61) présente une ligne d’inflexion (117) divisant l’aile (61) en une première surface inclinée (119) vers l’injecteur (15) et une seconde surface inclinée (121) vers l’au moins une entrée (39), la première surface (119) étant plus grande que la seconde surface (121).