FR3093346A1 - Dispositif d’injection et de mélange d’un gaz et ligne d’échappement comportant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif d’injection et de mélange d’un gaz et ligne d’échappement comportant un tel dispositif Download PDF

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Abstract

Dispositif d’injection et de mélange d’un gaz et ligne d’échappement comportant un tel dispositif Le dispositif d’injection et de mélange (21) comprend : - au moins un injecteur de gaz (23) ayant une pluralité d’orifices (25) d’injection; - au moins un mélangeur (33) comprenant une plaque (35), la plaque (35) comprenant une pluralité d’orifices de passage (37) disposés selon un motif tel que les orifices de passage (37) sont décalés par rapport aux orifices d’injection (25) sensiblement perpendiculairement à la direction générale d’écoulement du second gaz. Figure pour l'abrégé : Figure 2

Description

Dispositif d’injection et de mélange d’un gaz et ligne d’échappement comportant un tel dispositif
La présente invention concerne le mélange de deux gaz, notamment d’un gaz réducteur des oxydes d’azote et d’un gaz d’échappement.
Pour limiter les rejets de NOx, certains véhicules automobiles sont équipés de catalyseur SCR (Selective Catalytic Reduction, ou Réduction catalytique sélective en français). En présence d’un réducteur comme l’ammoniac NH3, les NOx contenus dans le gaz d’échappement du véhicule sont réduits en azote gazeux N2par le catalyseur SCR.
Ce réducteur peut être injecté sous forme de gaz, directement dans la ligne d’échappement. Dans ce cas, il est généralement injecté entre un premier organe de purification tel qu’un catalyseur d’oxydation ou un filtre à particules, et le catalyseur SCR.
Le premier organe de purification et le catalyseur SCR sont proches l’un de l’autre le long de la ligne d’échappement, de telle sorte que la distance parcouru par le réducteur gazeux entre le point d’injection et le catalyseur SCR est courte.
Pour favoriser l’efficacité du catalyseur SCR, il est nécessaire que le réducteur soit mélangé de manière très homogène dans le gaz d’échappement quand il atteint la face d’entrée du catalyseur. Un bon mélange est difficile à obtenir, du fait de la faible longueur de parcours entre le point d’injection et le catalyseur SCR.
Dans ce contexte, l’invention vise à proposer un dispositif d’injection et de mélange d’un premier gaz dans un conduit où circule un second gaz permettant d’obtenir un bon mélange du premier gaz dans le second gaz en une courte distance le long du conduit.
A cette fin, l’invention porte selon un premier aspect sur un dispositif d’injection et de mélange d’un premier gaz dans un conduit où circule un second gaz, le dispositif d’injection et de mélange comprenant :
- au moins un injecteur de gaz disposé à l’intérieur du conduit, l’injecteur ayant une pluralité d’orifices d’injection du premier gaz dans le conduit répartis dans un tronçon amont du conduit selon un motif déterminé ;
- au moins un mélangeur comprenant une plaque occupant un tronçon aval du conduit en aval du tronçon amont, la plaque comprenant une pluralité d’orifices de passage disposés selon un motif tel que les orifices de passage sont décalés par rapport aux orifices d’injection sensiblement perpendiculairement à la direction générale d’écoulement du second gaz.
Le fait que les orifices d’injection du premier gaz soient répartis dans un tronçon amont du conduit permet d’amorcer la dispersion du premier gaz. Le premier gaz est injecté en plusieurs flux séparés. Une telle configuration est plus favorable pour le mélange qu’un point d’injection unique.
Par ailleurs, la plaque avec les orifices de passage décalés permet de créer des turbulences et de séparer chaque flux de premier gaz injecté en des sous-flux allant dans différentes directions, de manière à disperser le premier gaz et le mélanger au second gaz.
En effet, chaque flux de gaz injecté va se diviser en plusieurs sous-flux allant chacun vers un orifice de passage différent. Si les orifices de la plaque étaient placés dans le prolongement des points d’injection, chaque flux injecté serait entraîné pratiquement dans sa totalité à travers l’orifice de passage placé en regard du point d’injection correspondant.
L’invention peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- les orifices d’injection sont disposés selon un motif tel que, considérés en projection orthogonale sur un plan de projection perpendiculaire à la direction générale d’écoulement du second gaz, lesdits orifices d’injection définissent des projections formant un réseau ayant une maille régulière ;
- les orifices de passage sont disposés selon un motif tel que, considérés en projection orthogonale sur un plan de projection perpendiculaire à la direction générale d’écoulement du second gaz, lesdits orifices de passage définissent des projections formant un réseau ayant une maille régulière ;
- le réseau formé par les projections des orifices de passage présente la même maille que le réseau formé par les projections des orifices d’injection ;
- le réseau formé par les projections des orifices de passage présente une maille carrée ou une maille triangulaire équilatérale, les projections des orifices d’injection étant placées sensiblement au centre desdites mailles ;
- le réseau formé par les projections des orifices de passage présente une maille hexagonale, le réseau formé par les projections des orifices d’injection formant une maille triangulaire, la projection de chaque orifice d’injection étant placée au centre d’une des mailles hexagonale ;
- la plaque comprend des orifices supplémentaires, lesdits orifices supplémentaires, considérés en projection orthogonale sur ledit plan de projection perpendiculaire à la direction générale d’écoulement du second gaz, définissant des projections supplémentaires ne s’inscrivant pas dans ledit réseau ayant une maille régulière ;
- le mélangeur comprend une seconde plaque occupant un seconde tronçon aval du conduit en aval du tronçon aval, la seconde plaque comprenant une pluralité de seconds orifices de passage disposés selon un motif tel que les seconds orifices de passage sont décalés par rapport aux orifices de passage sensiblement perpendiculairement à la direction générale d’écoulement du second gaz ;
- les seconds orifices de passage sont sensiblement alignés avec les orifices d’injection suivant la direction générale d’écoulement du second gaz ;
- la plus grande partie des orifices de passage présente une même section déterminée, certains des orifices de passage ayant une autre section différente de ladite section déterminée ; et/ou
- la plus grande partie des seconds orifices de passage présente une même section déterminée, certains des seconds orifices de passage ayant une autre section différente de ladite section déterminée.
Selon un second aspect, l’invention porte sur une ligne d’échappement de véhicule, comprenant un dispositif d’injection et de mélange ayant les caractéristiques ci-dessus.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 est une représentation schématique simplifiée d’une ligne d’échappement selon l’invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective du dispositif d’injection et de mélange de la ligne d’échappement de la figure 1 ;
- [Fig 4] les figures 3 et 4 sont des vues de face respectivement de l’injecteur de gaz et de la plaque du mélangeur du dispositif d’injection et de mélange de la figure 2 ;
- la figure 5 est une vue de face du dispositif d’injection et de mélange de la figure 2, considéré du côté de la seconde plaque du mélangeur c’est-à-dire de l’arrière, la plaque de la figure 4 apparaissant dans les orifices de la seconde plaque ;
- la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 5, la plaque de la figure 4 n’étant pas représentée de telle sorte que les orifices d’injection apparaissant dans les orifices de la seconde plaque ;
- [Fig 8] [Fig 9] la figure 7 à 9 sont des représentations schématiques simplifiées de différents exemples d’agencement des orifices d’injection (symbolisés par des croix), des orifices de la plaque (symbolisés par des ronds), et des orifices de la seconde plaque (symbolisés par les mêmes croix que les orifices d’injection) ; et
- [Fig 11] les figures 10 et 11 sont des représentations schématiques simplifiées d’encore un autre exemple agencement des orifices de la plaque (figure 10, symbolisés par des croix), et des orifices de la seconde plaque ainsi que des orifices d’injection (figure 11, symbolisés par des ronds).
La ligne d’échappement 1 représentée sur la figure 1 est destinée à équiper un véhicule, typiquement un véhicule automobile tel qu’une voiture ou un camion.
La ligne d’échappement 1 comporte un collecteur d’échappement 3 captant le gaz d’échappement sortant des chambres de combustion du moteur 5.
La ligne d’échappement 1 comporte également un dispositif 7 de purification du gaz d’échappement, équipé d’un catalyseur SCR 9 logé dans une enveloppe tubulaire 11.
Une entrée 13 de l’enveloppe tubulaire est raccordée fluidiquement au collecteur 3 par un tuyau 15. D’autres équipements, non représentés, sont interposés entre le collecteur 3 et le dispositif de purification 13, par exemple un turbocompresseur ou d’autres organes de purification du gaz d’échappement.
Une sortie 17 de l’enveloppe tubulaire 11 est raccordée fluidiquement à une canule 19 par laquelle le gaz d’échappement purifié est relargué dans l’atmosphère. D’autres équipements, non représentés, sont interposés entre le dispositif de purification 7 et la canule 19, par exemple un ou plusieurs silencieux.
La ligne d’échappement 1 comporte encore un dispositif d’injection et de mélange 21 d’un réducteur gazeux dans un conduit 22 où circule le gaz d’échappement, représenté de manière plus précise sur la figure 2.
Ce conduit 22 est par exemple un tronçon du tuyau 15 immédiatement en amont du catalyseur SCR, et raccordé à l’entrée 13. En variante, le réducteur gazeux est injecté dans l’enveloppe tubulaire 11, le conduit 22 étant dans ce cas l’enveloppe tubulaire elle-même.
Le réducteur gazeux est typiquement de l’ammoniac gazeux NH3. En variante, le réducteur gazeux est du CO ou un HC (Hydrocarbure) sous forme gazeuse injecté sur un catalyseur en aval de type LNT (Lean NOx Trap) à condition que le gaz soit légèrement riche.
Le dispositif d’injection et de mélange 21 comprend au moins un injecteur de gaz 23 disposé à l’intérieur du conduit 22 (figure 3).
L’injecteur 23 a une pluralité d’orifices 25 d’injection du réducteur gazeux dans l’enveloppe tubulaire 11, répartis dans un tronçon amont du conduit 22 selon un motif déterminé.
Les termes « amont » et « aval » dans la présente description sont entendus relativement au sens général d’écoulement du gaz d’échappement dans le conduit. Ce sens d’écoulement correspond ici à l’axe central du conduit 22.
On entend ici par « tronçon» un segment axial du conduit 22.
De préférence, les orifices 25, considérés perpendiculairement à l’axe central du tronçon amont, sont répartis sur toute la section du tronçon amont.
Par exemple, l’injecteur 23 comporte une pluralité de tubes 27, les orifices d’injection 25 étant ménagés dans les tubes 27.
Les tubes 27 sont raccordés fluidiquement à un stockage de réducteur gazeux 29 (figure 1) configuré pour alimenter les tubes 27 en réducteur gazeux. Un organe de contrôle 31 interposé entre les tubes 27 et le stockage 29 permet de sélectivement mettre en communication fluidiquement ou isoler le stockage 29 des tubes 27.
Les tubes 27 sont avantageusement disposés dans un même plan, perpendiculaire à la direction générale d’écoulement du gaz d’échappement. Les orifices d’injection 25 sont tournés vers l’aval, de telle sorte que l’injection de réducteur gazeux est effectuée à co-courant du flux de gaz d’échappement.
Les tubes 27 sont par exemple des tubes rectilignes, disposés parallèlement les uns aux autres.
Le dispositif d’injection et de mélange 21 comprend au moins un mélangeur 33 comprenant une plaque 35 occupant un tronçon aval du conduit 22 en aval du tronçon amont (figure 4).
La plaque 35 comprenant une pluralité d’orifices de passage 37 disposés selon un motif tel que les orifices de passage 37 sont décalés par rapport aux orifices d’injection 25 perpendiculairement à la direction générale d’écoulement du gaz d’échappement.
La plaque 35, perpendiculairement à la direction d’écoulement du gaz d’échappement, occupe toute la section du tronçon aval de telle sorte que le gaz d’échappement est forcé de s’écouler dans les orifices de passage 37.
Ainsi, la plaque 35 présente une section externe complémentaire de la section interne du conduit 22.
La plaque 35 est typiquement plane, et disposée perpendiculairement à la direction générale d’écoulement du gaz d’échappement.
En variante, la plaque 35 est bombée vers l’amont, c’est-à-dire vers les orifices d’injection 25.
Alternativement ou en plus, la plaque 35 porte des nervures de rigidification.
La plaque 35 est typiquement une plaque d’acier, et a une épaisseur d’environ 1,5 mm.
Le mélangeur 33 comprend de préférence une seconde plaque 39 occupant une seconde tronçon aval du conduit 22, en aval du tronçon aval occupée par la plaque 35.
La seconde plaque 39 comprenant une pluralité de seconds orifices de passage 41 disposés selon un motif tel que les seconds orifices de passage 41 sont décalés par rapport aux orifices de passage 37 perpendiculairement à la direction générale d’écoulement du second gaz (figure 5).
Les projections des orifices de passages 37 sur la seconde plaque 39, suivant la direction générale d’écoulement du gaz d’échappement, couvrent des zones pleines de la seconde plaque. Elles sont complètement disjointes des seconds orifices de passage 41.
La seconde plaque 39, perpendiculairement à la direction d’écoulement du gaz d’échappement, occupe toute la section du tronçon aval de telle sorte que le gaz d’échappement est forcé de s’écouler dans les seconds orifices de passage 41.
Ainsi, la seconde plaque 39 présente une section externe complémentaire de section interne du conduit 22.
La seconde plaque 39 est typiquement plane, et disposée perpendiculairement à la direction générale d’écoulement du gaz d’échappement.
En variante, la seconde plaque 39 est bombée vers l’amont, c’est-à-dire vers la première plaque 35.
Alternativement ou en plus, la seconde plaque 39 porte des nervures de rigidification.
La seconde plaque 39 est typiquement une plaque d’acier, et a une épaisseur d’environ 1,5 mm.
Les orifices d’injection 25 sont disposés selon un motif tel que, considérés en projection orthogonale sur un plan de projection perpendiculaire à la direction générale d’écoulement du gaz d’échappement, lesdits orifices d’injection 25 définissent des projections formant un réseau ayant une maille régulière (figure 3).
Les orifices de passage 37 sont disposés selon un motif tel que, considérés en projection orthogonale sur un plan de projection perpendiculaire à la direction générale d’écoulement du gaz d’échappement, lesdits orifices de passage 37 définissent des projections formant elles aussi un réseau ayant une maille régulière (figure 4).
Selon un mode de réalisation, le réseau formé par les projections des orifices de passage 37 présente la même maille que le réseau formé par les projections des orifices d’injection 25.
Les seconds orifices de passage 41 sont sensiblement alignés avec les orifices d’injection 25 suivant la direction générale d’écoulement du gaz d’échappement (figure 6).
Ainsi, les projections des seconds orifices de passage 41 sur un plan de projection perpendiculaire à la direction générale d’écoulement du gaz d’échappement forme un réseau ayant une maille régulière, identique à la maille du réseau formé par les projections des orifices d’injection 25.
Dans l’exemple illustré schématiquement sur la figure 7, le réseau formé par les projections des orifices de passage 37 présente une maille carrée. Sur cette figure, les projections des orifices de passage 37 sont symbolisées par des cercles. Les projections des orifices d’injection 25 sont placées au centre des mailles carrées. Elles sont également disposées selon une maille carrée. Sur cette figure, les projections des orifices d’injection 25 sont symbolisées par des croix.
Dans cet exemple, les projections des seconds orifices de passage 41 sont également disposées selon une maille carrée, aux mêmes positions que les projections des orifices d’injection 25. Sur cette figure, les croix symbolisent donc à la fois les projections des orifices d’injection 25 et les seconds orifices de passage 41.
Dans l’exemple illustré schématiquement sur la figure 8, le réseau formé par les projections des orifices de passage 37 présente une maille triangulaire équilatérale. Comme précédemment, les projections des orifices de passage 37 sont symbolisées par des ronds. Les projections des orifices d’injection 25 sont placées au centre des mailles triangulaires équilatérales. Elles sont également disposées selon une maille triangulaire équilatérale. Comme précédemment, les projections des orifices d’injection 25 sont symbolisées par des croix.
Dans cet exemple, les projections des seconds orifices de passage 41 sont également disposées selon une maille triangulaire équilatérale, aux mêmes positions que les projections des orifices d’injection 25. De nouveau, les croix symbolisent donc à la fois les projections des orifices d’injection 25 et les seconds orifices de passage 41.
Selon un autre mode de réalisation, le réseau formé par les projections des orifices de passage 37 présente une maille différente de celle du réseau formé par les projections des orifices d’injection 25.
Dans l’exemple illustré schématiquement sur la figure 9, le réseau formé par les projections des orifices de passage 37 présente une maille hexagonale. Sur cette figure, les projections des orifices de passage 37 sont symbolisées par des ronds. Le réseau formé par les projections des orifices d’injection 25 forme une maille triangulaire équilatérale, la projection de chaque orifice d’injection 25 étant placée au centre d’une des mailles hexagonales. Comme précédemment, les projections des orifices d’injection 25 sont symbolisées par des croix.
Dans cet exemple, les projections des seconds orifices de passage 41 sont disposées selon une maille triangulaire équilatérale, aux mêmes positions que les projections des orifices d’injection 25. De nouveau, les croix symbolisent donc à la fois les projections des orifices d’injection 25 et les seconds orifices de passage 41.
Les projections des orifices d’injection, des orifices de passage et des seconds orifices de passage sont en variante agencées selon de multiples autres dispositions. Certaines sont brièvement décrites ci-dessous.
Selon une variante, les projections des orifices d’injection sont disposées selon des mailles en losange. Les projections des orifices de passage sont disposées selon la même maille en losange, chaque projection d’un orifice de passage étant placée au centre d’une des mailles en losange formées par les orifices d’injection. Les projections des seconds orifices de passage sont également disposées selon une maille en losange, aux mêmes positions que les projections des orifices d’injection.
Selon une autre variante, les projections des orifices d’injection sont disposées selon des mailles en carré. Les projections des orifices de passage sont disposées selon la même maille en carré, chaque projection d’un orifice de passage étant placée au centre d’un côté d’une maille formée par les projections des orifices d’injection. Les projections des seconds orifices de passage sont également disposées selon une maille en carré, aux mêmes positions que les projections des orifices d’injection.
Selon une variante de réalisation, la plaque 35 comprend des orifices supplémentaires 43. Lesdits orifices supplémentaires 43, considérés en projection orthogonale sur ledit plan de projection perpendiculaire à la direction générale d’écoulement du gaz d’échappement, définissent des projections supplémentaires ne s’inscrivant pas dans ledit réseau ayant une maille régulière (figure 4).
Dans ce cas, les orifices supplémentaires 43 sont en petit nombre par rapport aux orifices de passage 37 dont les projections s’inscrivent dans le réseau. Typiquement au moins 50%, de préférence au moins 80%, des orifices de la plaque 35 ont des projections s’inscrivant dans ledit réseau ayant une maille régulière.
Ces orifices supplémentaires 43 sont de préférence disposés le long du bord extérieur de la plaque 35.
Selon une autre variante de réalisation, tous les orifices de la plaque 35 définissent des projections s’inscrivant dans ledit réseau ayant une maille régulière.
Dans tous les cas, le nombre d’orifices dans la plaque 35 est généralement différent du nombre d’orifices d’injection 25, du fait du désalignement entre les orifices de la plaque 35 et les orifices d’injection 25.
La situation est la même pour la seconde plaque 39.
Selon une variante, elle comporte des seconds orifices supplémentaires dont les projections ne s’inscrivent pas dans le réseau de maille régulière correspondant. Dans ce cas, le nombre de seconds orifices dans la seconde plaque est différent du nombre d’orifice d’injections 25.
Selon une autre variante, la seconde plaque 39 ne comporte pas de seconds orifices supplémentaires, les projections de tous les orifices de la seconde plaque 39 s’inscrivant dans le réseau de maille régulière. Dans ce cas, le nombre de seconds orifices dans la seconde plaque est généralement égal au nombre d’orifices d’injections 25
Selon une variante de réalisation, tous les orifices de passage 37 ont la même section. Les orifices de passage 37 sont typiquement circulaires. Alternativement, les orifices de passage ont une section ovale, rectangulaire, ou toute autre section adaptée.
Selon une autre variante de réalisation, la plus grande partie des orifices de passage 37 présente une même section déterminée, certains des orifices de passage 37’, 37’’ ayant une autre section différente de ladite section déterminée.
Cette autre section diffère de la section déterminée par la taille ou par la forme.
Comme précédemment, la section déterminée est typiquement circulaire. En variante, elle est ovale, rectangulaire…
Ainsi, sur la figure 4, la plus grande partie des orifices de passage est circulaire. Certains orifices de passage, référencés 37’ sur la figure 4, sont circulaires mais de plus petit diamètre. Les orifices de passage référencés 37’’ ont une forme de haricot.
Les éventuels orifices supplémentaires 43 présentent soit ladite section déterminée, soit une section différente. Cette section diffère alors de la section déterminée par la taille ou par la forme.
Ainsi, sur la figure 4, deux des orifices supplémentaires 43 sont circulaires mais de plus petit diamètre que les orifices de passage 37’. Quatre des orifices supplémentaires 43 ont une forme de haricot, mais plus petits que les orifices 37’’.
Concernant la seconde plaque 39, selon une variante de réalisation tous les seconds orifices de passage 41 ont la même section.
Les seconds orifices de passage 41 ont typiquement la même section que les orifices de passage 37. En variante, ils présentent une section différente de celle des orifices de passage 37.
Les seconds orifices de passage 41 sont ainsi typiquement circulaires, ovales, rectangulaires, ou de toute autre section adaptée.
Selon une autre variante de réalisation, la plus grande partie des seconds orifices de passage 41 présente une même section déterminée, certains des seconds orifices de passage 41 ayant une autre section différente de ladite section déterminée.
Les éventuels seconds orifices supplémentaires présentent soit ladite section déterminée, soit une section différente. Cette section diffère alors de la section déterminée par la taille ou par la forme.
L’écartement entre la plaque 35 et la seconde plaque 39, selon la direction générale d’écoulement du gaz d’échappement, est de préférence compris entre 50% et 300% du diamètre hydraulique des orifices de passage 37, de préférence compris entre 50% et 200% dudit diamètre hydraulique, encore de préférence entre 75% et 100% dudit diamètre hydraulique.
Le diamètre hydraulique est définit ici par l’équation suivante :
Dh= 4 * S / P
Où Dhest le diamètre hydraulique de l’orifice de passage, S sa surface, et P son périmètre.
L’écartement entre les orifices d’injection 25 et la plaque 35, selon la direction générale d’écoulement du gaz d’échappement, est de préférence sensiblement compris entre 50% et 300% du diamètre hydraulique des orifices de passage 37, de préférence compris entre 50% et 200% dudit diamètre hydraulique, encore de préférence entre 75% et 125% dudit diamètre hydraulique.
Le fonctionnement du dispositif d’injection et de mélange 21 va maintenant être décrit.
Le réducteur gazeux est fourni par le stockage 29 à l’injecteur 23.
Il est distribué dans les tubes 27.
Le réducteur gazeux est injecté dans le conduit 22 par tous les orifices 25, simultanément.
Ceci permet de créer des flux de gaz réducteur qui, considérés selon une section du tronçon amont du conduit 22 perpendiculaire à la direction générale d’écoulement du gaz d’échappement, sont répartis dans toute ladite section du tronçon amont.
Le gaz réducteur est entraîné jusqu’à la plaque 35 du mélangeur 33.
Du fait que les orifices de passage 37 sont décalés par rapport aux orifices d’injection 25 perpendiculairement à la direction générale d’écoulement du gaz d’échappement, les flux de gaz réducteur sont déviés.
Ceci a d’abord pour effet de créer des turbulences dans l’écoulement de gaz, ce qui favorise le mélange du gaz réducteur dans le gaz d’échappement.
Par ailleurs, chaque flux de gaz réducteur va se diviser en plusieurs sous-flux, les sous-flux passant chacun à travers un orifice de passage 37 différent. Dans la configuration de la figure 7, chaque flux de gaz réducteur se divise en quatre sous-flux, matérialisé par les quatre flèches F2 allant de la croix aux quatre ronds disposés autour de la croix. Dans les configurations des figures 8 et 9, chaque flux de gaz réducteur se divise en trois sous-flux, matérialisé par les trois flèches F2 allant de la croix aux trois cercles disposés autour de la croix.
Les flux sortant des orifices de passage 37 contiennent à la fois du gaz d’échappement et du gaz réducteur. Ils sont entraînés jusqu’à la seconde plaque 39 du mélangeur 33.
Du fait que les seconds orifices de passage 41 sont décalés par rapport aux orifices de passage 37 perpendiculairement à la direction générale d’écoulement du gaz d’échappement, les flux sortant des orifices de passage 37 sont de nouveau déviés, ce qui crée de nouvelles turbulences dans l’écoulement de gaz.
De plus, les flux sortant des orifices de passage 37 vont chacun se diviser en plusieurs sous-flux, les sous-flux passant chacun à travers un second orifice de passage 41 différent. Dans la configuration de la figure 7, chaque flux se divise en quatre sous-flux, matérialisé par les quatre flèches F1 allant du cercle aux quatre croix disposées autour du cercle. Dans les configurations des figures 8 et 9, chaque flux se divise respectivement en trois sous-flux et en six sous-flux, matérialisé par les flèches F1.
Ce processus de division contribue également à améliorer la qualité du mélange entre le gaz réducteur et le gaz d’échappement.
Selon une variante de réalisation illustrée schématiquement sur les figures 10 et 11, la plaque 35 comporte un grand nombre d’orifices de passage 37 de petites tailles. De même, la seconde plaque 39 comporte un grand nombre de seconds orifices de passage 41 de petites tailles, alignés ou non avec les orifices de passage 37 suivant la direction générale de circulation du gaz d’échappement.
Dans le mode de réalisation des figures 1 à 9, chaque plaque comporte jusqu’à plusieurs dizaines d’orifices. Chaque orifice présente un diamètre hydraulique compris entre 4% et 15% du diamètre hydraulique du conduit 22.
Dans le mode de réalisation des figures 10 et 11, chaque plaque comporte plusieurs centaines d’orifices. Chaque orifice présente une surface comprise entre 1% et 7% de la surface de passage de l’écoulement du conduit 22. En revanche, l’injecteur ne comporte que quelques dizaines d’orifices d’injection.
Le dispositif d’injection et de mélange décrit ci-dessus présente de multiples avantages.
Du fait du désalignement entre les orifices d’injection et les orifices de passage de la plaque, une bonne qualité de mélange du gaz réducteur avec le gaz d’échappement peut être obtenue sur une courte longueur de parcours du gaz d’échappement.
Quand les projections des orifices d’injection sont disposées selon un réseau à maille régulière, il est plus facile de maîtriser la dispersion du gaz réducteur. En particulier, il est plus facile de positionner les orifices de passage de la plaque en vue d’obtenir une bonne qualité de mélange.
De même, quand les projections des orifices de passage de la plaque sont disposées selon un réseau à maille régulière, il est plus facile de maîtriser la dispersion du gaz réducteur. En particulier, il est plus facile de positionner les orifices d’injection et les orifices de passage de la seconde plaque en vue d’obtenir une bonne qualité de mélange.
L’utilisation de réseaux à maille carrée ou triangulaire équilatérale permet d’obtenir de très bons résultats.
L’utilisation d’un réseau à maille hexagonale pour les projections des orifices d’injection et d’un réseau à maille triangulaire équilatérale pour les projections des orifices de passage de la plaque permet également d’obtenir de très bons résultats. La maille hexagonale avec une injection en maille triangulaire permet d’augmenter le nombre de passages et donc réduire la contrepression générée par le mélangeur.
L’ajout d’orifices supplémentaires dans la plaque 35 et/ou dans la seconde plaque 39 permet d’améliorer l’uniformité du mélange.
Ces orifices supplémentaires sont disposés sur le bord extérieur de la plaque, de manière à compenser la différence de forme entre le réseau d’orifices de passage 37, 41 et le tronçon interne du conduit 22.
Ces orifices supplémentaires sont particulièrement utiles quand la section interne du conduit est circulaire, alors que les projections des orifices de passage 37, 41 sont disposés dans un réseau à maille rectangulaire, carrée ou triangulaire. Les orifices situés sur les bords de la plaque ou de la seconde plaque ne peuvent pas en effet suivre parfaitement la courbure de la surface interne du conduit.
Le fait de prévoir que certains orifices de passage 37, 41 ont des sections différentes des autres orifices de passage, notamment sur le bord de la plaque ou de la seconde plaque, contribue à l’obtention du même résultat, à savoir améliorer l’uniformité du mélange.
Il est à noter que l’injecteur de gaz 23 peut également être une source d’irrégularité dans le mélange du gaz réducteur, du fait qu’il perturbe l’écoulement du gaz d’échappement dans le conduit 22. L’ajout d’orifices supplémentaires, et le fait de prévoir des orifices de sections différentes sur les bords des plaques, contribue à corriger ce problème.
Le fait de prévoir deux plaques successives améliore la qualité du mélange du gaz réducteur dans le gaz d’échappement.
Le dispositif d’injection et de mélange décrit ci-dessus peut présenter de multiples variantes.
Il a été décrit avec deux plaques 35, 39 placées successivement en aval de l’injecteur 23. En variante, il ne comporte que la plaque 35. Selon une autre variante, il comporte une ou plusieurs autres plaques, en plus des plaques 35 et 39, les orifices de deux plaques successives étant désalignés les uns par rapport aux autres.
Les orifices de passage 37 sont de préférences disposés selon un motif tel que les projections de ces orifices forment un réseau à maille régulière. En variante, les projections forment un réseau qui n’a pas une maille régulière. Ceci est vrai également pour les seconds orifices de passage 41, ménagés dans la seconde plaque 39.
Le conduit 22 présente typiquement une section interne circulaire. En variante, il présente une section interne ovale, rectangulaire, ou de toute autre forme adaptée.
L’injecteur 23 a été décrit comme comprenant plusieurs tubes 27. En variante, il est de tout autre type adapté.
Le dispositif d’injection et de mélange a été décrit dans une application à l’injection d’un gaz contenant un réducteur pour les oxydes d’azote dans un conduit d’échappement où circule le gaz d’échappement du véhicule. L’injection est effectuée en amont d’un catalyseur SCR. En variante, le dispositif d’injection et de mélange est prévu pour injecter le gaz contenant le réducteur gazeux dans le gaz d’échappement à un autre point de la ligne d’échappement, ou dans un autre gaz, ou dans un catalyseur d’un autre type que le SCR, par exemple un SCRF ou un LNT.
Plus généralement, le dispositif d’injection et de mélange est prévu pour l’injection d’un premier gaz dans un second gaz, à bord d’un véhicule ou dans toute autre installation. Le premier gaz est de tout type adapté. Le second gaz est de tout type adapté.

Claims (11)

  1. Dispositif d’injection et de mélange d’un premier gaz dans un conduit (22) où circule un second gaz, le dispositif d’injection et de mélange (21) comprenant :
    - au moins un injecteur de gaz (23) disposé à l’intérieur du conduit, l’injecteur (23) ayant une pluralité d’orifices (25) d’injection du premier gaz dans le conduit (22) répartis dans un tronçon amont du conduit (22) selon un motif déterminé ;
    - au moins un mélangeur (33) comprenant une plaque (35) occupant un tronçon aval du conduit (22) en aval du tronçon amont, la plaque (35) comprenant une pluralité d’orifices de passage (37) disposés selon un motif tel que les orifices de passage (37) sont décalés par rapport aux orifices d’injection (25) sensiblement perpendiculairement à la direction générale d’écoulement du second gaz.
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les orifices d’injection (25) sont disposés selon un motif tel que, considérés en projection orthogonale sur un plan de projection perpendiculaire à la direction générale d’écoulement du second gaz, lesdits orifices d’injection (25) définissent des projections formant un réseau ayant une maille régulière.
  3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les orifices de passage (37) sont disposés selon un motif tel que, considérés en projection orthogonale sur un plan de projection perpendiculaire à la direction générale d’écoulement du second gaz, lesdits orifices de passage (37) définissent des projections formant un réseau ayant une maille régulière.
  4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le réseau formé par les projections des orifices de passage (37) présente la même maille que le réseau formé par les projections des orifices d’injection (25).
  5. - Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le réseau formé par les projections des orifices de passage (37) présente une maille carrée ou une maille triangulaire équilatérale, les projections des orifices d’injection (25) étant placées sensiblement au centre desdites mailles.
  6. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le réseau formé par les projections des orifices de passage (37) présente une maille hexagonale, le réseau formé par les projections des orifices d’injection (25) formant une maille triangulaire, la projection de chaque orifice d’injection (25) étant placée au centre d’une des mailles hexagonales.
  7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel la plaque (35) comprend des orifices supplémentaires (43), lesdits orifices supplémentaires, (43) considérés en projection orthogonale sur ledit plan de projection perpendiculaire à la direction générale d’écoulement du second gaz, définissant des projections supplémentaires (43) ne s’inscrivant pas dans ledit réseau ayant une maille régulière.
  8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mélangeur comprend une seconde plaque (39) occupant un seconde tronçon aval du conduit (22) en aval du tronçon aval, la seconde plaque (39) comprenant une pluralité de seconds orifices de passage (41) disposés selon un motif tel que les seconds orifices de passage (41) sont décalés par rapport aux orifices de passage (37) sensiblement perpendiculairement à la direction générale d’écoulement du second gaz.
  9. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les seconds orifices de passage (41) sont sensiblement alignés avec les orifices d’injection (25) suivant la direction générale d’écoulement du second gaz.
  10. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, dans lequel :
    - la plus grande partie des orifices de passage (37) présente une même section déterminée, certains des orifices de passage (37’, 37’’) ayant une autre section différente de ladite section déterminée ; et/ou
    - la plus grande partie des seconds orifices de passage (41) présente une même section déterminée, certains des seconds orifices de passage (41) ayant une autre section différente de ladite section déterminée.
  11. Ligne d’échappement de véhicule, la ligne d’échappement (1) comprenant un dispositif d’injection et de mélange (21) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1372655A (fr) * 1963-08-09 1964-09-18 Synthese Et D Oxydation Synoxy Procédé et dispositif de mélange et d'homogénéisation de fluides
US20110061374A1 (en) * 2009-09-15 2011-03-17 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Exhaust gas treatment system
DE102011078181A1 (de) * 2011-06-28 2013-01-03 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Einbringen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang
US20140369898A1 (en) * 2012-01-27 2014-12-18 International Engine Intellectual Property Company, Llc Cross style (4 port) ammonia gas injector
US9644516B1 (en) * 2015-10-16 2017-05-09 Cummins Emission Solutions Inc. Mounting plate for mounting injectors and directing reductant flow in exhaust conduits
US9938878B2 (en) * 2013-10-22 2018-04-10 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Catalytic converter device with injection section
EP3364004A1 (fr) * 2015-10-16 2018-08-22 Yanmar Co., Ltd. Dispositif de purification de gaz d'échappement pour navire

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1372655A (fr) * 1963-08-09 1964-09-18 Synthese Et D Oxydation Synoxy Procédé et dispositif de mélange et d'homogénéisation de fluides
US20110061374A1 (en) * 2009-09-15 2011-03-17 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Exhaust gas treatment system
DE102011078181A1 (de) * 2011-06-28 2013-01-03 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Einbringen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang
US20140369898A1 (en) * 2012-01-27 2014-12-18 International Engine Intellectual Property Company, Llc Cross style (4 port) ammonia gas injector
US9938878B2 (en) * 2013-10-22 2018-04-10 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Catalytic converter device with injection section
US9644516B1 (en) * 2015-10-16 2017-05-09 Cummins Emission Solutions Inc. Mounting plate for mounting injectors and directing reductant flow in exhaust conduits
EP3364004A1 (fr) * 2015-10-16 2018-08-22 Yanmar Co., Ltd. Dispositif de purification de gaz d'échappement pour navire

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