WO2009138668A2 - Element d'echappement comportant un moyen statique pour melanger un additif a des gaz d'echappement. - Google Patents

Element d'echappement comportant un moyen statique pour melanger un additif a des gaz d'echappement. Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust element that comprises a gas exhaust line of a motor vehicle with a combustion engine.
  • This invention relates to the field of the automotive industry and, more particularly, that of the manufacture of equipment intended to ensure the escape of gases resulting from the combustion of a fuel within a combustion engine that comprises a motor vehicle.
  • Such equipment takes the form of an exhaust line which, in accordance with the direction of the flow of the exhaust gases in this exhaust line, on the one hand, is connected to such a heat engine, on the other hand on the other hand, has a succession of exhaust element and, on the other hand, opens into the atmosphere.
  • said exhaust line comprises at least one device for the physical and / or chemical treatment of the exhaust gases.
  • Such a device may consist of a catalyst which can take the form of a catalyst (in particular of the SCR type) for the reduction of nitrogen oxides (NOx) and which comprises at least one gas treatment means designed to provide a such reduction.
  • a catalyst is of particular interest when it comes to cleaning exhaust gases from the combustion of a diesel type fuel.
  • urea when introduced into hot exhaust gases (especially after vaporization of an aqueous solution of urea), undergoes a chemical transformation which transforms it into ammonia (NH3) constituting a powerful reducing agent. 'nitrogen oxides. So, inside the catalyst and in the presence of this ammonia, the exhaust gas is reduced so that it is released, at the outlet of this catalyst, essentially water, hydrogen (H2) and nitrogen (N2) . In this regard, it will be observed that the reduction of these nitrogen oxides is more effective than the mixture of the additive with the exhaust gas is homogeneous.
  • NH3 ammonia
  • N2 nitrogen
  • such a mixer takes the form of a plurality of deflection elements which are, on the one hand, arranged in a plurality of rows perpendicular to the axis of symmetry of the element. exhaust and, on the other hand, oriented in the same direction within the same row and in an opposite direction in two neighboring rows.
  • the present invention is intended to overcome the disadvantages of devices of the state of the art.
  • the invention relates to an exhaust element that comprises a gas exhaust line of a motor vehicle with a combustion engine and inside which flows a fluid consisting of exhaust gases and by a additive to these gases, this exhaust element having, mounted internally, a static means for mixing this additive with these exhaust gases.
  • This exhaust element is characterized in that the static means for mixing the additive with the exhaust gases comprises at least one helicoid having an axis extending in a direction forming a determined angle with the flow direction of the fluid. in this exhaust element.
  • An additional feature is that the direction of extension of the axis of a helicoid forms, with the flow direction of the fluid in the exhaust element, an angle between 0 and 30 °.
  • the mixer comprises a plurality of helicoids each having an axis, on the one hand, extending in a direction forming a given angle, in particular between 0 and 30 °, with the direction of extension. of the axis of another helicoid and, on the other hand, extending in a direction forming a given angle, in particular between 0 and 30 °, with the direction of flow of the fluid in this exhaust element.
  • the two helicoids immediately juxtaposed have an identical direction of rotation or, and preferably, opposite.
  • the mixer comprises a plurality of helicoids and that these helicoids are grouped together in at least one set comprising at least two helicoids have a direction of rotation, preferably identical.
  • the mixer comprises at least one module comprising, on the one hand, a plate oriented parallel to the direction of flow of the fluid in the exhaust element and, on the other hand, at least one helicoid or an assembly of at least two helicoids extending in the downstream extension of this plate.
  • this mixer comprises a plurality of modules, on the one hand, each comprising a plate and a set at least two helicoids and, secondly, assembled, two by two, including perpendicularly, by means of assembly that comprises at least one plate of at least one such module.
  • a module is constituted by a single piece, especially metal, preferably made by cutting, twisting, in particular completed by folding.
  • this exhaust element is constituted either by an exhaust pipe having, internally, the means for mixing an additive to the exhaust gas, or by a device for the physical and / or chemical treatment of the exhaust gases.
  • exhaust comprising, internally, the means for mixing an additive to the exhaust gases and, downstream of this mixer, a means for the physical and / or chemical treatment of this mixture.
  • the invention also relates to an exhaust line comprising such an exhaust element.
  • the exhaust element comprises a static mixer for mixing the additive with the exhaust gas, such a mixer consisting of at least one helicoid positioned inside this element. exhaust.
  • a static mixer for mixing the additive with the exhaust gas
  • such a mixer consisting of at least one helicoid positioned inside this element. exhaust.
  • Such a helicoide advantageously makes it possible to impart to the fluid a swirling motion favoring the homogenization of the mixture.
  • Another advantage of such a helicoid is that the fluid, downstream of this helicoid, has a flow such that the counter-pressure generated by the additive / exhaust mixture is substantially lower than that generated by the devices. the state of the art.
  • such a mixer may, furthermore, comprise a plurality of helicoids which are, in fact, cleverly arranged inside the exhaust element so as to adapt to the geometry and / or the dimensions the exhaust element which advantageously allows to optimize the flow of fluid downstream of the mixing means.
  • helicoids which are, in fact, cleverly arranged inside the exhaust element so as to adapt to the geometry and / or the dimensions the exhaust element which advantageously allows to optimize the flow of fluid downstream of the mixing means.
  • this mixer comprises at least one pair of helicoids and, preferably, two pairs of helicoids.
  • this mixer is positioned inside an exhaust element consisting of an exhaust duct or a gas treatment device, in particular a catalyst.
  • an exhaust element consisting of an exhaust duct or a gas treatment device, in particular a catalyst.
  • this mixer can be made from at least one sheet, more particularly by cutting, twisting, in particular completed by folding. This advantageously makes it possible to provide a particularly efficient static mixer for a particularly low manufacturing cost.
  • FIG. 1 is a schematic view of an exhaust line comprising an exhaust element according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic view, in partial and longitudinal section, of an exhaust element constituted by a exhaust pipe and receiving, internally, means for mixing (mixer) an additive to exhaust gas;
  • FIG. 3 is a schematic and detailed view of such a mixer
  • - Figures 4a and 4b are schematic and detailed views respectively showing each of the two modules used in the composition of such a mixer;
  • FIGS. 5a to 5d are schematic and detailed views corresponding to a first embodiment of the implementation of such a mixer within an exhaust element shown in Figure 2;
  • FIGS. 6a to 6c are diagrammatic and detailed views corresponding to a second embodiment of the implantation of such a mixer inside an exhaust element illustrated in FIG. 2.
  • the invention relates to the field of the automotive industry and, more particularly, to the manufacture of equipment intended to ensure the escape of gases resulting from the combustion of a fuel within a heat engine 1 that a vehicle comprises. automobile.
  • Such equipment is in the form of an exhaust line 2, connected to this engine 1, and comprising a plurality of exhaust elements (3; 4) succeeding each other along this exhaust line 2.
  • this exhaust line 2 may comprise at least one exhaust element 3 constituted by a device for ensuring the physical and / or chemical treatment of the gases resulting from the combustion of a fuel within 1.
  • a treatment device 3 may consist of a particulate filter 31 (usually called FAP) positioned downstream of the engine 1.
  • Such a treatment device 3 may, again, be constituted by a catalyst 32, again positioned downstream of the engine 1. According to a first embodiment illustrated in FIG. 1 and corresponding to a standard configuration of a line 2, this catalyst 32 may be positioned downstream of a particulate filter 31 mentioned above. However, according to another embodiment not shown, such a catalyst 32 may, again, be integrated in a more complex exhaust element 3 (usually called cata-FAP) incorporating such a catalyst 32 and a particulate filter 31 of the type mentioned above.
  • a more complex exhaust element 3 usually called cata-FAP
  • such a catalyst 32 is, more particularly and at least in part, constituted by a catalyst for the treatment of oxides of nitrogen (NOx) contained in the exhaust gas.
  • NOx oxides of nitrogen
  • Such a catalyst 32 for treating the nitrogen oxides can consist of a catalyst for trapping these nitrogen oxides (usually called NOx trap) or else a catalyst for the catalytic reduction of these nitrogen oxides, for example a TWC-type three-way catalyst or a SCR (Selective Catalytic Reduction) type catalyst.
  • NOx trap a catalyst for trapping these nitrogen oxides
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • this catalyst 32 then comprises, internally, a means (more particularly a ceramic or the like) for the treatment of the exhaust gases, this treatment means being designed to provide catalytic reduction of the nitrogen oxides contained in these gases.
  • the exhaust line 2 is completed by a means 5, positioned downstream of the particulate filter 31 and upstream of the catalyst 32, and arranged to introduce (especially by injection, more particularly after spraying or vaporization), inside this exhaust line 2, an additive that must be added to the exhaust gas for the production of a fluid to be treated by catalytic reduction within said catalyst 32.
  • This additive introduced is constituted by a reducing agent or a precursor of such a reducing agent.
  • this additive is made based on urea and may consist of a solution (particularly aqueous) low in urea, more particularly known under the name AdBlue (precursor of a reducing agent ).
  • AdBlue precursor of a reducing agent
  • This solution undergoes a chemical transformation (thermolysis, hydrolysis) inside the exhaust line 2 so as to occur at least in the form of ammonia (NH 3), constituting the reducing agent, mixed with the gases of exhaust, this within the fluid to be treated.
  • NH 3 ammonia
  • the exhaust line 2 further comprises a static means 6 for mixing the additive with the exhaust gas, this means 6 being, in the following description and for reasons of convenience. called mixer 6.
  • Such a mixer 6 is then designed to mix the exhaust gas with the additive constituted, as the case may be, by the reducing agent (in the case of introduction of an additive constituted by such a reducing agent or after conversion. as a reducing agent of a precursor - introduced into line 2 - of such a reducing agent) and / or by the precursor of such a reducing agent (in the case of introduction of an additive constituted by such a precursor of reducing agent).
  • this mixer 6 is positioned along the exhaust line 2 and internally thereto 2, between the means 5 for introducing the additive and the means for treating this fluid.
  • such a mixer 6 may be positioned inside an exhaust element 3 constituted by a device 3 for the physical and / or chemical treatment of the exhaust gases. that includes line 2 exhaust gases.
  • This treatment device 3 comprises, then and internally, the means 6 for mixing an additive to the exhaust gas and, downstream of the mixer 6, a means for the physical and / or chemical treatment of the mixed fluid.
  • this exhaust gas treatment device 3 is then constituted by a catalyst 32 for the catalytic reduction of the nitrogen oxides contained in the exhaust gas or, moreover, by a device 3 of treatment more complex of the aforementioned type (cata-FAP) and comprising such a catalyst 32.
  • a catalyst 32 for the catalytic reduction of the nitrogen oxides contained in the exhaust gas or, moreover, by a device 3 of treatment more complex of the aforementioned type (cata-FAP) and comprising such a catalyst 32.
  • the means 6 for mixing an additive with the exhaust gas is mounted inside an exhaust element 4 constituted by an exhaust duct 41.
  • such an exhaust element 4 is preferably constituted by an exhaust duct 41 for connecting a particulate filter 31 to a catalyst 32.
  • such a duct 41 is preferably constituted by two portions (411; 412) of duct 41, at least one of which receives at least 411, internally, said mixer 6
  • the latter 6 is then introduced inside this portion 411 of duct 41, this by its emergent end, and before connection (in particular completed by a joining, for example by welding) of this portion 411 of conduit 41 to the other portion 412 of this conduit 41.
  • such a means of reception 7 is preferably constituted by a particular conformation of the exhaust element (3,
  • the means 6 for mixing the additive with the exhaust gas consists of at least one helicoid 61.
  • Such a helicoid 61 is at least characterized by a pitch, a length, a diameter, a thickness, a width, an axis in which it extends and a direction of rotation.
  • the width of such a helicoid 61 may be constant, in the direction D of flow of the fluid in the exhaust element (3, 4).
  • good results have been obtained for a helicoid 61 for which this width is increasing or, preferably, decreasing, this in the flow direction D of the fluid in the exhaust element (3, 4).
  • such a helicoid 61 has a width adapted to the conformation of the exhaust element (3, 4) receiving at least one such helicoid 61.
  • Such an embodiment allows advantageously, to adjust the width of at least one such helicoid 61 to such a conformation (more particularly to the section of this exhaust element (3, 4), in particular so as to occupy the entire internal volume of the latter (3, 4).
  • such a helicoid 61 has an axis extending in a direction forming an angle ⁇ determined with the direction D of fluid flow in this exhaust element (3, 4).
  • this mixer 6 may be constituted by a single helicoid 61 positioned internally to an exhaust duct 41 and whose axis is at least parallel, particularly coincident, with the axis Such a conduit 41.
  • this mixer 6 comprises, in fact, a plurality of helicoids 61.
  • Such an embodiment advantageously makes it possible to adapt the mixer 6 to the section of the exhaust element (3, 4) that it equips and / or to improve the quality of the homogenization of the output fluid. of mixer 6.
  • such a mixer 6 may then have:
  • Another characteristic of the invention consists in that these helicoids 61 each have an axis, on the one hand, extending in a direction forming an angle ⁇ 'determined with the direction of extension of the axis of the other helicoid 61 or other helicoids 61 of the mixer 6 and, on the other hand, extending in a direction forming an angle ⁇ determined with the direction D of fluid flow in this exhaust element (3, 4) .
  • the direction of extension of the axis of a helicoid 61 forms, in fact, with the direction of extension of the axis of another helicoid 61 or other helicoids 61, an angle ot 'between 0 and 30 °.
  • the direction of extension of the axis of such a helicoid 61 can, again, form with the direction D of flow of the fluid in the exhaust element (3, 4) an angle between 0 and 30 °.
  • One particular embodiment (illustrated in the figures in the appendix) consists in the fact that the angles ⁇ and ⁇ 'are zero so that the axis of a helicoid 61 is parallel to the direction of extension of the axis of the other helicoid 61 or other helicoids 61 of the mixer 6 and the direction D of fluid flow in this exhaust element (3, 4).
  • the extension axes of the helicoids 61 are parallel to each other.
  • these helicoids 61 may be arranged in such a way that their extension axes diverge or, preferably, converge, in the direction D of flow of the fluid in the exhaust element ( 3, 4).
  • these helicoids 61 have a constant width, increasing or decreasing, and / or adapted to the conformation of the exhaust element (3, 4), this in the direction D of flow of the fluid in the exhaust element (3, 4).
  • each helicoid 61 has a direction of rotation.
  • two helicoids 61 immediately juxtaposed, or even the entirety of the helicoids 61 of the mixer 6, may have an identical direction of rotation.
  • Such an embodiment is particularly advantageous when the fluid adopts a longitudinal swirling motion (swirl) upstream of the mixer 6.
  • such helicoidals 61 immediately juxtaposed preferably have an opposite direction of rotation (counter-rotating helicoids).
  • Such an embodiment advantageously makes it possible to obtain an optimally mixed fluid to be treated.
  • the mixer 6 according to the invention comprises a plurality of helicoids 61 and that these helicoids 61 are grouped together in at least one assembly (611; 612) comprising at least two helicoids 61.
  • the helicoids 61 of the same set (611; 612) of helicoids 61 have, as the case may be, a direction of rotation that is opposite (counter-rotating helicoids) or (and preferably) identical (FIGS. 4a, 4b, 5d, 6c).
  • a particular embodiment not shown can then consist of a mixer 6 comprising a single set of at least two helicoids 61, more particularly adapted to an exhaust element 4 of rectangular or oblong section.
  • the mixer 6 comprises, on the one hand, at least one set 611 (or a plurality of sets, preferably parallel) of at least two (or more) helicoidal 61 aligned in a first determined direction and, on the other hand, on the other hand, at least one other set 612 (or a plurality of other sets, preferably parallel) of at least two (or more) helicoids 61 aligned in a second determined direction, forming an angle (preferably right) with the first determined direction.
  • the number of these sets (611; 612), the number of helicoids 61 involved in the composition of such a set (611, 612) as well as the arrangement and orientation of these sets (611, 612) are determined according to the geometry of the exhaust element (3, 4) receiving the mixer 6, more particularly in order to optimize the filling of the surface offered by the section of the element d exhaust (3, 4).
  • a preferred embodiment of the invention (illustrated in FIGS. 3 to 6c) consists in that the mixer 6 comprises two sets (611; 612) of helicoids 61, in particular perpendicular, and each comprising a helical pair 61.
  • the two helicoids 61 of the same set (611, 612) have an identical direction of rotation while the two helicoids 61 immediately juxtaposed two different sets (611; 612) may have an identical direction of rotation but present, preferably as illustrated in Figures 3 to 6c, a direction of rotation opposite.
  • Such a mixer 6 with four helicoids 61 can be positioned inside an exhaust element (3, 4), either constituted by a gas treatment device 3 as mentioned above, or constituted by an exhaust pipe 4 of traditional design (and the most commonly used) and which has a round section ( Figures 2 to 6c).
  • these four helicoids 61 are preferably arranged in accordance with a square matrix in relation to the round geometry of the section of the exhaust element 41. According to a first embodiment illustrated in FIGS. at 5d, these four helicoids 61 are positioned inside a portion 411 of round section of this exhaust duct 41.
  • these four helicoids 61 are positioned inside a specific portion 411 'of square section defined at the level of this exhaust duct 41 of section round.
  • Such an embodiment advantageously makes it possible to increase the efficiency of the mixer 6 by reducing the area of the section of the duct 41 slightly (or in no way) affected by the action of the helicoids 61, this proportionally with respect to a round section .
  • this portion 411 'of square section may be defined by deformation of the exhaust duct 41 of round section, more particularly by expansion.
  • these helicoids 61 have a diameter of between 25 and 40% (preferably of the order of 35%) of the internal diameter (portion 411 of round section of the duct 4) or of the maximum section. (portion 411 'of square section of the duct 4) of the portion (411, 411') of exhaust duct 4 receiving these helicoids 61.
  • this mixer 6 may, again, comprise at least one assembly (611; 612) consisting of more than two helicoids 61 (including 3, 4 or more) arranged in an aligned manner.
  • Another embodiment may also consist of a mixer 6 comprising a plurality of assemblies comprising, for at least some, a different number of helicoids 61.
  • a mixer 6 comprising, on the one hand, at least one set 611 (or a plurality of sets, preferably parallel) comprising 3, 4 or more helicoids 61 aligned in a first determined direction and, on the other hand, at least one other set 612 (or a plurality of other sets, preferably parallel) of at least two (or more) helicoids 61 aligned in a second determined direction, making an angle (preferably right) with the first determined direction.
  • these helicoids 61 have a length of between 60 and 100mm, preferably of the order of 80mm, including 82mm.
  • the static means 6 for mixing the additive with the exhaust gases comprises at least one module 62 each comprising, on the one hand, a plate (621; 622) oriented parallel to the direction D of fluid flow in the exhaust element and, secondly, at least one helicoid 61 or an assembly (611; 612) of at least two helicoids 61 extending in the downstream extension of this plate (621; 622).
  • such a plate (621; 622) has two longitudinal sides and that it is, more particularly, from one of these longitudinal sides.
  • such a mixer 6 may comprise a single module 62 comprising a plate 621 and a helicoid 61 or a set of at least two helicoids 611.
  • said mixer 6 comprises a plurality of modules 62, on the one hand, each comprising a plate (621; 622) and an assembly (611; 612) of at least two helicoids 61 and, on the other hand, assembled in pairs, in particular perpendicularly, by means of assembly 63 which comprises at least one plate (621; 622) of at least one such module 62.
  • these assembly means 63 consist, on the one hand, by an interlocking means 631 which is provided with a plate 621 and, on the other hand, by a complementary interlocking means 632 of which is provided with the other plate 622.
  • such interlocking means 631 is constituted by a notch made in the upstream portion of a plate 621 (more particularly at the upstream longitudinal side of this plate 621) while the means complementary nesting 632 is constituted by another notch made in correspondence in downstream part of the other plate 622 (more particularly at the downstream longitudinal side of this plate 622).
  • such an assembly is made in such a way that the helicoid 61 of an assembly 611 of helicoids is preferably interposed between two helicoids 61 of another assembly 612 of FIG. helicoids 61 while being offset laterally with respect to the alignment direction of the two helicoids 61 of the other assembly 612.
  • a module 62 has, at the level of at least one of the side edges d a plate (621; 622) of this module 62, a wing (641; 642) lying in the extension of this plate (621; 622).
  • a wing (641; 641 ') which extends, in fact, laterally with respect to
  • Such wings (641; 641 ') constitute, then advantageously, a means 8 for mounting the mixer 6 inside the exhaust element (3, 4), more particularly by being received by the receiving means 7 that includes this exhaust element (3, 4).
  • each of these modules 62 comprises, at the level of at least one of the lateral edges of a plate (621; 622) of this module 62, a wing ( 641; 642) lying in the extension of this plate (621; 622) and oriented towards another wing (642; 641) that includes the plate (622; 621) of another module 62 and from which this wing (641; 642) can be rendered solidarity, especially by welding.
  • a wing 641; 642 lying in the extension of this plate (621; 622) and oriented towards another wing (642; 641) that includes the plate (622; 621) of another module 62 and from which this wing (641; 642) can be rendered solidarity, especially by welding.
  • 4A, 4b, 5d and 6c consists in that the plates (621, 622) of each module 62 comprise, at their two lateral edges, a wing (641, 641 '; , 642 ') lying in the extension of such a plate (621; 622) and oriented towards another wing (642, 642'; 641, 641 ') which is provided by the other plate (622; 621); and from which these wings (641, 641 ', 642, 642') are or can be made integral, in particular by welding.
  • these wings constitute, in fact and advantageously, a means 8 for mounting the mixer 6 inside the exhaust element ( 3, 4), more particularly by being received by the receiving means 7 included in this exhaust element (3, 4).
  • a module 62 as described above is preferably constituted by a single piece, in particular a metal part, preferably made by cutting, twisting, in particular completed by folding.
  • the exhaust element 3 comprising a mixer 6 having the above-mentioned characteristics may be constituted by a device 3 for the physical and / or chemical treatment of the exhaust gases comprising, internally, the means 6 to mix an additive exhaust gases and, downstream of the mixer 6, a means for the physical and / or chemical treatment of this mixture.
  • Such a treatment device 3 may then consist of: - either a catalyst 32 for the treatment of nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas, more particularly for the catalytic reduction of these nitrogen oxides (NOx), for example a TWC-type three-way catalyst or a SCR (Selective Catalytic Reduction) type catalyst; or by a more complex exhaust element 3 (usually called cata-FAP) incorporating such a catalyst 32 and a particulate filter 31 of the aforementioned type.
  • a catalyst 32 for the treatment of nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas more particularly for the catalytic reduction of these nitrogen oxides (NOx)
  • a TWC-type three-way catalyst or a SCR (Selective Catalytic Reduction) type catalyst for example a TWC-type three-way catalyst or a SCR (Selective Catalytic Reduction) type catalyst
  • a more complex exhaust element 3 usually called cata-FAP
  • the exhaust element 4 according to the invention is preferably constituted by an exhaust pipe 41 having, internally, the means 6 for mixing an additive with the gases of exhaust having the above-mentioned characteristics.
  • the invention also relates to an exhaust line 2 of the gas for a motor vehicle with a heat engine 1 and comprising, in accordance with the direction of the flow of gases within this exhaust line 2, on the one hand , a means 5 for introducing into this exhaust line 2 an additive to be added to the exhaust gas, on the other hand, a static means 6 for mixing this additive with the exhaust gas and, secondly, a means for the physical and / or chemical treatment of this mixture.
  • this exhaust line 2 comprises an exhaust element (3, 4) having the aforementioned characteristics, and comprising said means 6 for mixing the additive with the exhaust gas.
  • This mixer 6 is then interposed between the means 5 for introducing the additive into the line 2 and the means for treating the mixture (in particular which comprises, internally, a device 3 for the treatment physical and / or chemical this mixture in the case of an exhaust element 3 consisting of such a device 3).
  • This invention will find application in the field of the manufacture of equipment for exhausting gases emitted by the engine 1 of a motor vehicle and resulting from the combustion of a fuel, more particularly a diesel type fuel, at within such an engine 1.

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Abstract

L'invention concerne un élément d'échappement (4) que comporte une ligne d'échappement des gaz d'un véhicule automobile à moteur thermique et à l'intérieur duquel s'écoule un fluide constitué par des gaz d'échappement ainsi que par un additif à ces gaz, cet élément d'échappement (4) comportant, monté intérieurement, un moyen (6) statique pour mélanger cet additif à ces gaz d'échappement. Le moyen (6) statique pour mélanger l'additif aux gaz d'échappement comporte au moins une hélicoide (61) présentant un axe s 'étendant dans une direction formant un angle déterminé avec la direction (D) d'écoulement du fluide dans cet élément d'échappement (4).

Description

ELEMENT D'ECHAPPEMENT COMPORTANT UN MOYEN STATIQUE POUR MELANGER UN ADDITIF A DES GAZ D'ECHAPPEMENT
La présente invention a trait un élément d'échappement que comporte une ligne d'échappement des gaz d'un véhicule automobile à moteur thermique .
Cette invention concerne le domaine de l'industrie automobile et, plus particulièrement, celui de la fabrication des équipements destinés à assurer l'échappement des gaz résultant de la combustion d'un carburant au sein d'un moteur thermique que comporte un véhicule automobile .
Un tel équipement adopte la forme d'une ligne d'échappement qui, conformément au sens de l'écoulement des gaz d'échappement dans cette ligne d'échappement, d'une part, est raccordée à un tel moteur thermique, d'autre part, comporte une succession d'élément d'échappement et, d'autre part encore, débouche dans l'atmosphère .
En particulier, parmi ces éléments d'échappement, ladite ligne d'échappement comporte au moins un dispositif pour le traitement physique et/ou chimique des gaz d'échappement.
Un tel dispositif peut être constitué par un catalyseur qui peut adopter la forme d'un catalyseur (notamment de type SCR) pour la réduction des oxydes d'azote (Nox) et qui comporte un moyen de traitement des gaz au moins conçu pour assurer une telle réduction. Un tel catalyseur trouve un intérêt tout particulier lorsqu'il s'agit de dépolluer des gaz d'échappement issus de la combustion d' un carburant de type diesel .
Il a été constaté que la réduction de ces gaz d'échappement au sein d' un tel catalyseur est considérablement améliorée lorsque, avant leur introduction dans ce catalyseur, ces gaz d'échappement étaient mélangés à un additif contenant de l'urée.
En effet, l'urée, lorsqu'elle est introduite dans des gaz d'échappement chauds (notamment après vaporisation d'une solution aqueuse d' urée) , subit une transformation chimique qui la transforme en ammoniac (NH3) constituant un puissant réducteur d'oxydes d'azote. Ainsi, à l'intérieur du catalyseur et en présence de cet ammoniac, les gaz d'échappement sont réduits en sorte qu'il soit libéré, à la sortie de ce catalyseur, essentiellement de l'eau, de l'hydrogène (H2) et de l'azote (N2) . A ce propos, on observera que la réduction de ces oxydes d'azote est d'autant plus efficace que le mélange de l'additif avec les gaz d' échappement est homogène .
Afin d'améliorer l'homogénéité de ce mélange, il est connu d'avoir recours à un mélangeur statique positionné à l'intérieur d'un élément d'échappement (usuellement un conduit d'échappement) et en amont du moyen de traitement des gaz.
Tel que décrit dans le document WO9300990, un tel mélangeur adopte la forme d'une pluralité d'éléments de déflection qui sont, d'une part, agencés selon une pluralité de rangées perpendiculaire à l'axe de symétrie de l'élément d'échappement et, d'autre part, orientés dans une même direction au sein d'une même rangée et dans une direction opposée dans deux rangées voisines.
Il est, encore, connu du document EP-I.514.591 un élément d'échappement comportant, intérieurement, un mélangeur statique comportant une pluralité de chicanes adoptant la forme de lames de tôle courbées s ' étendant à partir de la périphérie de cet élément vers son centre . Ces chicanes définissent des pales d'une hélice s'étendant au travers de l'élément d'échappement. Ces dispositifs permettent, certes, d'améliorer l'homogénéité du mélange en aval du mélangeur mais présentent, cependant, l'inconvénient de créer une contre-pression importante en amont de ce mélangeur, préjudiciable à l'écoulement des gaz dans la ligne d'échappement ainsi qu'à leur traitement et à leur évacuation.
La présente invention se veut à même de remédier aux inconvénients des dispositifs de l'état de la technique.
A cet effet, l'invention concerne un élément d'échappement que comporte une ligne d'échappement des gaz d'un véhicule automobile à moteur thermique et à l'intérieur duquel s'écoule un fluide constitué par des gaz d' échappement ainsi que par un additif à ces gaz, cet élément d'échappement comportant, monté intérieurement, un moyen statique pour mélanger cet additif à ces gaz d'échappement. Cet élément d'échappement est caractérisé par le fait que le moyen statique pour mélanger l'additif aux gaz d' échappement comporte au moins une hélicoïde présentant un axe s 'étendant dans une direction formant un angle déterminé avec la direction d'écoulement du fluide dans cet élément d' échappement .
Une caractéristique additionnelle concerne le fait que la direction d'extension de l'axe d'une hélicoide forme, avec la direction d'écoulement du fluide dans l'élément d'échappement, un angle compris entre 0 et 30° .
Selon une autre caractéristique , le mélangeur comporte une pluralité d'hélicoides présentant, chacune, un axe, d'une part, s 'étendant dans une direction formant un angle déterminé, notamment compris entre 0 et 30°, avec la direction d'extension de l'axe d'une autre hélicoide et, d'autre part, s'étendant dans une direction formant un angle déterminé, notamment compris entre 0 et 30°, avec la direction d'écoulement du fluide dans cet élément d'échappement.
Selon une caractéristique additionnelle, les deux hélicoïdes immédiatement juxtaposées présentent un sens de rotation identique ou , et de préférence , contraire .
Une caractéristique additionnelle consiste en ce que le mélangeur comporte une pluralité d' hélicoïdes et que ces hélicoïdes sont regroupées au sein d'au moins un ensemble comportant au moins deux hélicoïdes présentent un sens de rotation, de préférence, identique.
Selon une autre caractéristique, le mélangeur comporte au moins un module comportant, d'une part, une plaque orientée parallèlement à la direction d' écoulement du fluide dans l'élément d'échappement et, d'autre part, au moins une hélicoïde ou un ensemble d'au moins deux hélicoïdes s'étendant dans le prolongement aval de cette plaque . En fait, ce mélangeur comporte une pluralité de modules, d'une part, comportant chacun une plaque ainsi qu'un ensemble d'au moins deux hélicoïdes et, d'autre part, assemblés, deux à deux, notamment de manière perpendiculaire, par des moyens d'assemblage que comporte au moins une plaque d'au moins un tel module . Finalement, un tel module est constitué par une pièce unique, notamment métallique, de préférence réalisée par découpage, vrillage, notamment complété par un pliage.
En fait, cet élément d'échappement est constitué, soit par un conduit d'échappement comportant, intérieurement, le moyen pour mélanger un additif aux gaz d'échappement, soit par un dispositif pour le traitement physique et/ou chimique des gaz d'échappement comportant, intérieurement, le moyen pour mélanger un additif aux gaz d'échappement ainsi que, en aval de ce mélangeur, un moyen pour le traitement physique et/ou chimique de ce mélange.
L'invention concerne, encore, une ligne d'échappement comportant un tel élément d'échappement.
Les avantages de la présente invention consistent en ce que l'élément d'échappement comporte un mélangeur statique pour mélanger l'additif avec les gaz d'échappement, un tel mélangeur étant constitué par au moins une hélicoïde positionnée à l'intérieur de cet élément d'échappement. Une telle hélicoide permet, avantageusement, de conférer au fluide un mouvement tourbillonnaire favorisant l'homogénéisation du mélange. Un autre avantage d' une telle hélicoïde consiste en ce que le fluide, en aval de cette hélicoïde, présente un écoulement tel que la contre-pression générée par le mélange additif/gaz d'échappement est substantiellement inférieure à celle générée par les dispositifs de l'état de la technique. De manière additionnelle, un tel mélangeur peut, encore, comporter une pluralité d' hélicoïdes qui sont, en fait, astucieusement agencées à l'intérieur de l'élément d'échappement de manière à s'adapter à la géométrie et/ou aux dimensions de l'élément d'échappement ce qui permet, avantageusement, d'optimiser l'écoulement du fluide en aval de ce moyen de mélange . De manière additionnelle, il est aisément possible d'adapter le nombre d'hélicoïdes, leur positionnement les unes par rapport aux autres, leurs caractéristiques (sens de rotation, longueur, pas, diamètre, orientation de l'axe) ce qui permet, avantageusement, d'obtenir de bons résultats en terme d' homogénéité du mélange et de faiblesse de la contre-pression (voire encore en terme de compromis entre cette contre-pression et la perte de charge) en aval du mélangeur.
A ce propos, on observera que de bons résultats sont obtenus lorsque ce mélangeur comporte au moins une paire d'hélicoides voire, et de préférence, deux paires d'hélicoïdes.
Une caractéristique additionnelle consiste en ce que ce mélangeur est positionné à l'intérieur d'un élément d'échappement constitué par un conduit d'échappement ou par un dispositif de traitement des gaz, notamment un catalyseur. Un tel mode de réalisation permet, avantageusement, de positionner ce mélangeur de manière optimisée au sein de la ligne d'échappement, ceci par rapport au moyen d'introduction de l'additif et par rapport au moyen de traitement des gaz d'échappement.
Finalement, ce mélangeur peut être réalisé à partir d'au moins une tôle, plus particulièrement par découpage, vrillage, notamment complété par un pliage. Ceci permet, avantageusement, de proposer un mélangeur statique particulièrement efficace pour un coût de fabrication particulièrement réduit.
D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre se rapportant à des modes de réalisation qui ne sont donnés qu'à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs. La compréhension de cette description sera facilitée en se référant aux dessins joints en annexe et dans lesquels : la figure 1 est une vue schématisée d' une ligne d'échappement comportant un élément d'échappement conforme à 1 ' invention ; - la figure 2 est une vue schématisée, en coupe partielle et longitudinale d'un élément d'échappement constitué par un conduit d'échappement et recevant, intérieurement, un moyen pour mélanger (mélangeur) un additif à des gaz d'échappement ;
- la figure 3 est une vue schématisée et en détail d' un tel mélangeur ; - les figures 4a et 4b sont des vues schématisées et en détail représentant, respectivement, chacun des deux modules entrant dans la composition d' un tel mélangeur ;
- les figures 5a à 5d sont des vues schématisées et en détail correspondant à un premier mode réalisation de l'implantation d'un tel mélangeur à l'intérieur d'un élément d'échappement illustré figure 2 ;
- les figures 6a à 6c sont des vues schématisées et en détail correspondant à un second mode réalisation de l'implantation d'un tel mélangeur à l'intérieur d'un élément d'échappement illustré figure 2.
L'invention concerne le domaine de l'industrie automobile et, plus particulièrement, celui de la fabrication des équipements destinés à assurer l'échappement des gaz résultant de la combustion d'un carburant au sein d'un moteur thermique 1 que comporte un véhicule automobile .
Un tel équipement se présente sous la forme d' une ligne d'échappement 2, raccordée à ce moteur 1, et comportant une pluralité d'éléments d'échappement (3 ; 4) se succédant le long de cette ligne d'échappement 2. En particulier et tel que visible figure 1 , cette ligne d'échappement 2 peut comporter au moins un élément d'échappement 3 constitué par un dispositif pour assurer le traitement physique et/ou chimique des gaz issus de la combustion d' un carburant au sein du moteur 1. Un tel dispositif de traitement 3 peut être constitué par un filtre à particules 31 (usuellement dénommé FAP) positionné en aval du moteur 1.
Un tel dispositif de traitement 3 peut, encore, être constitué par un catalyseur 32 , là encore positionné en aval du moteur 1. Selon un premier mode de réalisation illustré figure 1 et correspondant à une configuration standard d'une ligne d'échappement 2, ce catalyseur 32 peut être positionné en aval d'un filtre à particules 31 susmentionné. Cependant et selon un autre mode de réalisation non représenté, un tel catalyseur 32 peut, encore, être intégré dans un élément d'échappement 3 plus complexe (usuellement dénommé cata-FAP) incorporant un tel catalyseur 32 ainsi qu'un filtre à particules 31 du type susmentionné .
En fait, un tel catalyseur 32 est, plus particulièrement et au moins en partie, constitué par un catalyseur pour le traitement des oxydes d'azote (NOx) contenus dans les gaz d' échappement .
Un tel catalyseur 32 de traitement des oxydes d' azote peut être constitué par un catalyseur pour le piégeage de ces oxydes d'azote (usuellement dénommé NOx trap) ou, encore, par un catalyseur pour la réduction catalytique de ces oxydes d'azote, par exemple un catalyseur à trois voies du type TWC ou encore un catalyseur de type SCR (Sélective Catalytic Réduction) .
Dans le cas particulier d'un catalyseur 32 pour la réduction des oxydes d'azote, ce catalyseur 32 comporte, alors intérieurement, un moyen (plus particulièrement une céramique ou analogue) pour le traitement des gaz d'échappement, ce moyen de traitement étant conçu pour assurer la réduction catalytique des oxydes d' azote contenus dans ces gaz .
A ce propos, il convient d'observer que la réduction catalytique des oxydes d' azote contenus dans les gaz d'échappement est favorisée lorsque ces gaz contiennent un agent réducteur .
La présence, dans ces gaz, d'un tel agent réducteur peut être assurée en introduisant, à l'intérieur de la ligne d'échappement 2 et en amont du catalyseur 32, un tel agent réducteur ou le précurseur d'un tel agent réducteur qui, à l'intérieur de la ligne d'échappement 2 et en amont du moyen de traitement, est transformé en un tel agent réducteur.
Pour ce faire, la ligne d'échappement 2 est complétée par un moyen 5, positionné en aval du filtre à particules 31 et en amont du catalyseur 32 , et agencé pour introduire (notamment par injection, plus particulièrement après pulvérisation ou vaporisation), à l'intérieur de cette ligne d'échappement 2, un additif qu'il convient d'additionner aux gaz d'échappement pour la réalisation d'un fluide à traiter par réduction catalytique au sein dudit catalyseur 32.
Cet additif introduit est constitué par un agent réducteur ou par un précurseur d'un tel agent réducteur.
En fait et selon un mode préféré de réalisation, cet additif est réalisé à base d'urée et peut être constitué par une solution (notamment aqueuse) à faible teneur en urée, plus particulièrement connue sous la dénomination AdBlue (précurseur d'un agent réducteur) . Cette solution subit une transformation chimique (thermolyse, hydrolyse) à l'intérieur de la ligne d'échappement 2 en sorte de se présenter au moins sous la forme d'ammoniac (NH3) , constituant l'agent réducteur, mélangé aux gaz d'échappement, ceci au sein du fluide à traiter.
Il convient, également, d'observer que l'efficacité de la réduction catalytique des oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement augmente avec l'homogénéité du fluide à traiter par le catalyseur 32.
Afin d'homogénéiser ce fluide, la ligne d'échappement 2 comporte , encore , un moyen 6 statique pour mélanger l ' additif avec les gaz d'échappement, ce moyen 6 étant, dans la suite de la description et pour des raisons de commodité, dénommé mélangeur 6.
Un tel mélangeur 6 est, alors, conçu pour mélanger les gaz d'échappement à l'additif constitué, selon le cas, par l'agent réducteur (en cas d'introduction d'un additif constitué par un tel agent réducteur ou après transformation en agent réducteur d'un précurseur - introduit dans la ligne 2 - d'un tel agent réducteur) et/ou par le précurseur d' un tel agent réducteur (en cas d'introduction d'un additif constitué par un tel précurseur d'agent réducteur) .
En fait et tel que visible sur les figures en annexe, ce mélangeur 6 est positionné, le long de la ligne d'échappement 2 et intérieurement à celle-ci 2 , entre le moyen 5 d' introduction de l'additif et le moyen de traitement de ce fluide.
A ce propos et selon un premier mode de réalisation non représenté, un tel mélangeur 6 peut être positionné à l'intérieur d'un élément d'échappement 3 constitué par un dispositif 3 pour le traitement physique et/ou chimique des gaz d'échappement que comporte la ligne 2 d'échappement des gaz.
Ce dispositif 3 de traitement comporte, alors et intérieurement, le moyen 6 pour mélanger un additif aux gaz d'échappement ainsi que, en aval de ce mélangeur 6, un moyen pour le traitement physique et/ou chimique du fluide mélangé .
De manière préférentielle, ce dispositif 3 de traitement des gaz d'échappement est, alors, constitué par un catalyseur 32 pour la réduction catalytique des oxydes d' azote contenus dans les gaz d'échappement ou, encore, par un dispositif 3 de traitement plus complexe de type susmentionné (cata-FAP) et comprenant un tel catalyseur 32.
Cependant et selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le moyen 6 pour mélanger un additif aux gaz d'échappement est monté à l'intérieur d'un élément d'échappement 4 constitué par un conduit d'échappement 41.
Tel que visible sur les figures en annexe , un tel élément d'échappement 4 est, de préférence, constitué par un conduit d'échappement 41 pour le raccordement d'un filtre à particules 31 à un catalyseur 32.
En fait et tel que visible figures 5a à 5d et 6a à 6c, un tel conduit 41 est, de préférence, constitué par deux portions (411 ; 412) de conduit 41 dont l'une 411 au moins reçoit, intérieurement, ledit mélangeur 6. Ce dernier 6 est, alors, introduit à l'intérieur de cette portion 411 de conduit 41, ceci par son extrémité débouchante , et avant raccordement (notamment complété par une solidarisation, par exemple par soudure) de cette portion 411 de conduit 41 à l'autre portion 412 de ce conduit 41. Quelles que soient la nature (dispositif de traitement 3 ou conduit 41) et/ou la géométrie d'un tel élément d'échappement (3, 4) , celui-ci comporte, encore et intérieurement, un moyen 7 pour la réception du mélangeur 6 à l'intérieur de cet élément d'échappement (3, 4) .
En fait et tel que visible sur les figures 5a à 5d et 6a à 6c, un tel moyen 7 de réception est, de préférence, constitué par une conformation particulière de l'élément d'échappement (3,
4) , notamment réalisée par déformation de cet élément d'échappement (3, 4) , plus particulièrement d'une extrémité débouchante que comporte une portion 411 d'une conduite 41 constituant un tel élément d'échappement 4.
Selon l'invention, le moyen 6 pour mélanger l'additif aux gaz d'échappement est constitué par au moins une hélicoide 61.
Une telle hélicoide 61 est au moins caractérisée par un pas, par une longueur, par un diamètre, par une épaisseur, par une largeur, par un axe selon lequel elle s'étend et par un sens de rotation.
A ce propos, on observera que la largeur d'une telle hélicoide 61 peut être constante, ceci dans la direction D d'écoulement du fluide dans l'élément d'échappement (3, 4) . Cependant, de bons résultats ont été obtenus pour une hélicoide 61 pour laquelle cette largeur est croissante ou, et de préférence, décroissante, ceci dans la direction D d'écoulement du fluide dans l'élément d'échappement (3, 4) .
En fait et selon une autre caractéristique d'une telle hélicoide 61, celle-ci présente une largeur adaptée à la conformation de l'élément d'échappement (3, 4) recevant au moins une telle hélicoide 61. Un tel mode de réalisation permet, avantageusement, d'ajuster la largeur d'au moins une telle hélicoide 61 à une telle conformation (plus particulièrement à la section de cet élément d'échappement (3, 4), notamment de manière à occuper tout le volume interne de ce dernier (3, 4) .
De plus et selon une autre caractéristique, une telle hélicoide 61 présente un axe s' étendant dans une direction formant un angle α déterminé avec la direction D d'écoulement du fluide dans cet élément d'échappement (3, 4) . A ce propos, on observera que la direction d'extension de l'axe d'une telle hélicoide 61 forme avec cette direction D d'écoulement du fluide dans l'élément d'échappement (3, 4) un angle ce compris entre 0 et 30°. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention non représenté , ce mélangeur 6 peut être constitué par une unique hélicoïde 61 positionnée intérieurement à un conduit d'échappement 41 et dont l'axe est au moins parallèle, notamment confondu, avec l'axe d'un tel conduit 41. Cependant et selon un mode préféré de réalisation de l'invention, ce mélangeur 6 comporte, en fait, une pluralité d'hélicoides 61.
Un tel mode de réalisation permet, avantageusement, d'adapter le mélangeur 6 à la section de l'élément d'échappement (3, 4) qu'il équipe et/ou d'améliorer la qualité de l'homogénéisation du fluide en sortie de mélangeur 6.
A titre d'exemple, un tel mélangeur 6 peut, alors, comporter :
- deux hélicoides 61 pour un élément d'échappement (3, 4) de section sensiblement rectangulaire ;
- trois hélicoides 61 pour un élément d'échappement (3, 4) de section sensiblement triangulaire ;
- quatre hélicoides 61 pour un élément d'échappement (3, 4) de section sensiblement carrée (figure 6c) ou ronde (figure 5d) . Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce que ces hélicoides 61 présentent, chacune, un axe, d'une part, s 'étendant dans une direction formant un angle α' déterminé avec la direction d'extension de l'axe de l'autre hélicoïde 61 ou des autres hélicoides 61 du mélangeur 6 et, d'autre part, s' étendant dans une direction formant un angle α déterminé avec la direction D d'écoulement du fluide dans cet élément d'échappement (3, 4) .
A ce propos, on observera que la direction d'extension de l'axe d'une hélicoide 61 forme, en fait, avec la direction d'extension de l'axe d'une autre hélicoide 61 ou des autres hélicoides 61, un angle ot' compris entre 0 et 30°. Dans un pareil cas et tel que susmentionné, la direction d'extension de l'axe d'une telle hélicoide 61 peut, encore, former avec la direction D d'écoulement du fluide dans l'élément d'échappement (3, 4) un angle ce compris entre 0 et 30°. Un mode particulier de réalisation (illustré sur les figures en annexe) consiste en ce que les angles α et α' sont nuls de sorte que l'axe d'une hélicoide 61 est parallèle à la direction d'extension de l'axe de l'autre hélicoïde 61 ou des autres hélicoides 61 du mélangeur 6 ainsi qu'à la direction D d'écoulement du fluide dans cet élément d'échappement (3, 4) .
Dans un pareil cas, les axes d'extension des hélicoides 61 sont parallèles entre eux.
Cependant et selon une autre configuration non représentée, ces hélicoides 61 peuvent être agencées en sorte que leurs axes d'extension divergent ou, et de préférence, convergent, ceci dans la direction D d'écoulement du fluide dans l'élément d'échappement (3, 4) .
Tel qu'évoqué ci-dessus ces hélicoides 61 présentent une largeur constante , croissante ou décroissante , et/ou adaptée à la conformation de l'élément d'échappement (3, 4), ceci dans la direction D d'écoulement du fluide dans l'élément d'échappement (3, 4) .
Cette caractéristique, combinée à celle de la direction d'extension (notamment de manière convergente ou divergente) des axes de ces hélicoides 61 permet, de manière avantageuse, d'ajuster ces hélicoides 61 à la conformation de l'élément d'échappement (3, 4) (plus particulièrement à la section de celui-ci) , notamment de manière à occuper tout le volume interne de cet élément d'échappement (3, 4) . Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, les axes de ces hélicoides 61 sont agencés conformément à une matrice (rectangulaire, triangulaire, carrée...) , notamment régulière, en rapport avec la géométrie (respectivement rectangulaire, triangulaire, ronde ou carrée...) de la section de cet élément d'échappement (3, 4) . Un tel mode de réalisation permet, de manière avantageuse, d'optimiser le positionnement et la répartition de ces hélicoides 61 à l'intérieur de l'élément d'échappement (3, 4) , ceci par rapport et en fonction de la conformation de ce dernier (3, 4) .
Tel qu'évoqué ci-dessus, chaque hélicoïde 61 présente un sens de rotation.
A ce propos, on observera que, selon une caractéristique additionnelle de l'invention, deux hélicoides 61 immédiatement juxtaposées, voire l'intégralité des hélicoides 61 du mélangeur 6 , peuvent présenter un sens de rotation identique . Un tel mode de réalisation est particulièrement avantageux lorsque le fluide adopte un mouvement tourbillonnaire longitudinal (swirl) en amont du mélangeur 6.
Cependant et selon un mode de réalisation préféré de l'invention (figures 3, 5d, 6c), de telles hélicoides 61 immédiatement juxtaposées présentent, de préférence, un sens de rotation contraire (hélicoides contrarotatives) . Un tel mode de réalisation permet, avantageusement, d'obtenir un fluide à traiter mélangé de manière optimale .
Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce que le mélangeur 6 conforme à l'invention comporte une pluralité d' hélicoides 61 et que ces hélicoides 61 sont regroupées au sein d'au moins un ensemble (611 ; 612) comportant au moins deux hélicoides 61.
A ce propos, on observera que les hélicoides 61 d'un même ensemble (611 ; 612) d' hélicoides 61 présentent, selon le cas, un sens de rotation contraire (hélicoides contrarotatives) ou (et de préférence) identique (figures 3, 4a, 4b, 5d, 6c).
Un mode particulier de réalisation non représenté peut, alors , consister en un mélangeur 6 comportant un seul ensemble d'au moins deux hélicoides 61, plus particulièrement adapté à un élément d'échappement 4 de section rectangulaire ou oblongue.
Cependant et selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le mélangeur 6 comporte, d'une part, au moins un ensemble 611 (voire une pluralité d'ensembles, de préférence parallèles) d'au moins deux (ou davantage) hélicoides 61 alignées dans une première direction déterminée et, d'autre part, au moins un autre ensemble 612 (voire une pluralité d'autres ensembles, de préférence parallèles) d'au moins deux (ou davantage) hélicoides 61 alignées dans une deuxième direction déterminée, faisant un angle (de préférence droit) avec la première direction déterminée.
A ce propos, on observera que le nombre de ces ensembles (611 ; 612), le nombre d'hélicoïdes 61 entrant dans la composition d'un tel ensemble (611, 612) ainsi que l'agencement et l'orientation de ces ensembles (611, 612) sont déterminés en fonction de la géométrie de l'élément d'échappement (3, 4) recevant le mélangeur 6, plus particulièrement en vue d'optimiser le remplissage de la surface offerte par la section de l'élément d'échappement (3, 4) .
Un mode de réalisation préféré de l'invention (illustré figures 3 à 6c) consiste en ce que le mélangeur 6 comporte deux ensembles (611 ; 612) d'hélicoïdes 61, notamment perpendiculaires, et comportant, chacun, une paire hélicoïdes 61. Dans ce mode de réalisation, les deux hélicoides 61 d'un même ensemble (611, 612) présentent un sens de rotation identique tandis que les deux hélicoides 61 immédiatement juxtaposées de deux ensembles différents (611 ; 612) peuvent présenter un sens de rotation identique mais présentent, de préférence comme illustré figures 3 à 6c, un sens de rotation contraire . Un tel mélangeur 6 à quatre hélicoides 61 peut être positionné à l'intérieur d'un élément d'échappement (3, 4), soit constitué par un dispositif 3 de traitement des gaz tel que susmentionné, soit constitué par un conduit d'échappement 4 de conception traditionnelle (et le plus communément usité) et qui présente une section ronde (figures 2 à 6c) .
Dans ce dernier cas, les axes de ces quatre hélicoides 61 sont, de préférence, agencés conformément à une matrice carrée en rapport avec la géométrie ronde de la section de l'élément d' échappement 41. Selon un premier mode de réalisation illustré figures 5a à 5d, ces quatre hélicoides 61 sont positionnées à l'intérieur d'une portion 411 de section ronde de ce conduit d'échappement 41.
Cependant et selon un mode de réalisation préféré de l'invention illustré figures 6a à 6c, ces quatre hélicoides 61 sont positionnées à l'intérieur d'une portion spécifique 411' de section carrée définie au niveau de ce conduit d'échappement 41 de section ronde. Un tel mode de réalisation permet, avantageusement, d'augmenter l'efficacité du mélangeur 6 en diminuant la surface de la section du conduit 41 faiblement (voire aucunement) affectée par l'action des hélicoides 61, ceci proportionnellement par rapport à une section ronde .
En fait, cette portion 411' de section carrée peut être définie par déformation du conduit d'échappement 41 de section ronde, plus particulièrement par expansion. Selon une autre caractéristique de l'invention, ces hélicoides 61 présentent un diamètre compris entre 25 et 40% (de préférence de l'ordre de 35%) du diamètre interne (portion 411 de section ronde du conduit 4) ou de la section maximale (portion 411' de section carrée du conduit 4) de la portion (411, 411') de conduit d'échappement 4 recevant ces hélicoides 61.
Il a été décrit ci-dessus un mode préféré de réalisation concernant un mélangeur 6 comportant deux ensembles (611, 612) constitués, chacun, par deux hélicoides 61. La présente invention n'est, cependant, aucunement limitée à une telle configuration .
Aussi et selon un autre mode de réalisation non représenté, ce mélangeur 6 peut, encore, comporter au moins un ensemble (611 ; 612) constitué par plus de deux hélicoides 61 (notamment 3, 4 ou davantage) agencées de manière alignée. Une autre mode de réalisation peut, encore, consister en un mélangeur 6 comportant une pluralité d'ensembles comportant, pour certains au moins, un nombre différent d' hélicoides 61.
Ainsi, il peut être imaginé un mélangeur 6 comportant, d'une part, au moins un ensemble 611 (voire une pluralité d'ensembles, de préférence parallèles) comportant 3, 4 ou davantage d'hélicoïdes 61 alignées dans une première direction déterminée et, d'autre part, au moins un autre ensemble 612 (voire une pluralité d'autres ensembles, de préférence parallèles) d'au moins deux (ou davantage) hélicoïdes 61 alignées dans une deuxième direction déterminée, faisant un angle (de préférence droit) avec la première direction déterminée .
Une caractéristique additionnelle consiste en ce que ces hélicoïdes 61 présentent une longueur comprise entre 60 et 100mm, de préférence de l'ordre de 80mm, notamment 82mm.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, le moyen 6 statique pour mélanger l'additif aux gaz d'échappement comporte au moins un module 62 comportant, chacun, d'une part, une plaque (621 ; 622) orientée parallèlement à la direction D d'écoulement du fluide dans l'élément d'échappement et, d'autre part, au moins une hélicoïde 61 ou un ensemble (611 ; 612) d'au moins deux hélicoïdes 61 s' étendant dans le prolongement aval de cette plaque (621 ; 622) .
A ce propos, on observera qu'une telle plaque (621 ; 622) présente deux côtés longitudinaux et que c'est, plus particulièrement, à partir de l'un de ces côtés longitudinaux
(plus particulièrement le côté longitudinal aval) et dans son prolongement que s'étend au moins une hélicoïde 61 ou que s'étendent les hélicoïdes 61 d'un ensemble (611 ; 612) d'hélicoïdes 61 que comporte un module 62.
En fait et selon un premier mode de réalisation non représenté, un tel mélangeur 6 peut comporter un unique module 62 comportant une plaque 621 ainsi qu'une hélicoïde 61 ou un ensemble d' au moins deux hélicoïdes 611. Cependant et selon un mode préféré de réalisation, ledit mélangeur 6 comporte une pluralité de modules 62, d'une part, comportant chacun une plaque (621 ; 622) ainsi qu'un ensemble (611 ; 612) d'au moins deux hélicoïdes 61 et, d'autre part, assemblés, deux à deux, notamment de manière perpendiculaire, par des moyens d' assemblage 63 que comporte au moins une plaque (621 ; 622) d'au moins un tel module 62. A ce propos, on observera que ces moyens 63 d'assemblage sont constitués, d'une part, par un moyen d'emboîtement 631 dont est pourvu une plaque 621 et, d'autre part, par un moyen d'emboîtement complémentaire 632 dont est pourvu l'autre plaque 622.
Tel que visible sur les figures 4a et 4b, un tel moyen d'emboîtement 631 est constitué par une encoche réalisée en partie amont d'une plaque 621 (plus particulièrement au niveau du côté longitudinal amont de cette plaque 621) tandis que le moyen d'emboîtement complémentaire 632 est constitué par une autre encoche réalisée en correspondance en partie aval de l'autre plaque 622 (plus particulièrement au niveau du côté longitudinal aval de cette plaque 622) .
Tel que visible sur les figures 3, 5d et 6c, un tel assemblage est réalisé en sorte que l'hélicoide 61 d'un ensemble 611 d'hélicoides soit, de préférence, intercalée entre deux hélicoïdes 61 d'une autre ensemble 612 d'hélicoides 61 tout en étant décalée latéralement par rapport à la direction d'alignement des deux hélicoides 61 de cet autre ensemble 612. Une autre caractéristique consiste en ce qu'un module 62 comporte , au niveau de l ' un au moins des bords latéraux d' une plaque (621 ; 622) de ce module 62, une aile (641 ; 642) se situant dans le prolongement de cette plaque (621 ; 622) .
Dans le cas particulier d'un mélangeur 6 comportant un unique module 62, les deux bords latéraux d'une telle plaque 621 peuvent être prolongés par une telle aile (641 ; 641') qui s'étend, en fait, latéralement par rapport à une telle plaque 621. Ces ailes (641 ; 641') constituent, alors avantageusement, un moyen 8 pour le montage du mélangeur 6 à l'intérieur de l'élément d'échappement (3, 4), plus particulièrement en étant reçues par le moyen de réception 7 que comporte cet élément d'échappement (3, 4) .
Dans le cas d'un mélangeur 6 comportant une pluralité de modules 62, chacun de ces modules 62 comporte, au niveau de l'un au moins des bords latéraux d'une plaque (621 ; 622) de ce module 62, une aile (641 ; 642) se situant dans le prolongement de cette plaque (621 ; 622) et orientée en direction d'une autre aile (642 ; 641) que comporte la plaque (622 ; 621) d'un autre module 62 et de laquelle cette aile (641 ; 642) peut être rendue solidaire, notamment par soudure. Un mode préféré de réalisation illustré figures 3, 4A, 4b, 5d et 6c consiste en ce que les plaques (621 ; 622) de chaque module 62 comportent, au niveau de leurs deux bords latéraux, une aile (641, 641' ; 642, 642') se situant dans le prolongement d'une telle plaque (621 ; 622) et orientée en direction d'une autre aile (642, 642' ; 641, 641') que comporte l'autre plaque (622 ; 621) et de laquelle ces ailes (641, 641' ; 642, 642') sont ou peuvent être rendue solidaire , notamment par soudure .
A ce propos, on observera que ces ailes (641, 641' ; 642, 642') constituent, en fait et de manière avantageuse, un moyen 8 pour le montage du mélangeur 6 à l'intérieur de l'élément d'échappement (3, 4), plus particulièrement en étant reçues par le moyen de réception 7 que comporte cet élément d' échappement (3, 4) .
Une autre caractéristique avantageuse de l ' invention consiste en ce qu'un module 62 tel que décrit ci-dessus est, de préférence , constitué par une pièce unique , notamment métallique, de préférence réalisée par découpage, vrillage, notamment complété par un pliage .
C'est, plus particulièrement au niveau d'une telle pièce unique que sont définies :
- une plaque (621 ; 622) ;
- au moins une hélicoïde 61 ou un ensemble (611 ; 612) d'au moins deux hélicoïdes 61 ; et, si un tel module 62 en comporte, un moyen d'assemblage (63, 631, 632), au moins une aile (641, 641' ; 642, 642') .
Tel qu'évoqué ci-dessus, l'élément d'échappement 3 comportant un mélangeur 6 présentant les caractéristiques susmentionnées peut être constitué par un dispositif 3 pour le traitement physique et/ou chimique des gaz d' échappement comportant, intérieurement, le moyen 6 pour mélanger un additif aux gaz d' échappement ainsi que , en aval de ce mélangeur 6 , un moyen pour le traitement physique et/ou chimique de ce mélange .
Un tel dispositif de traitement 3 peut, alors, être constitué : - soit par un catalyseur 32 pour le traitement des oxydes d'azote (NOx) contenus dans les gaz d'échappement, plus particulièrement pour la réduction catalytique de ces oxydes d'azote (NOx), par exemple un catalyseur à trois voies du type TWC ou encore un catalyseur de type SCR (Sélective Catalytic Réduction) ; soit par un élément d'échappement 3 plus complexe (usuellement dénommé cata-FAP) incorporant un tel catalyseur 32 ainsi qu'un filtre à particules 31 du type susmentionné.
Cependant et selon un mode préféré de réalisation, l'élément d'échappement 4 conforme à l'invention, est, de préférence, constitué par un conduit d'échappement 41 comportant, intérieurement, le moyen 6 pour mélanger un additif aux gaz d'échappement présentant les caractéristique susmentionnées . Finalement, l'invention concerne, encore, une ligne d'échappement 2 des gaz pour véhicule automobile à moteur thermique 1 et comportant, conformément au sens de l'écoulement des gaz au sein de cette ligne d'échappement 2, d'une part, un moyen 5 pour introduire dans cette ligne d'échappement 2 un additif à ajouter aux gaz d'échappement, d'autre part, un moyen 6 statique pour mélanger cet additif aux gaz d'échappement et, d'autre part encore, un moyen pour le traitement physique et/ou chimique de ce mélange .
Selon l'invention, cette ligne d'échappement 2 comporte un élément d'échappement (3, 4) présentant les caractéristiques susmentionnées, et comportant ledit moyen 6 pour mélanger l'additif aux gaz d'échappement. Ce mélangeur 6 est, alors, interposé entre le moyen 5 d'introduction de l'additif dans la ligne 2 et le moyen de traitement du mélange (notamment que comporte, intérieurement, un dispositif 3 pour le traitement physique et/ou chimique de ce mélange dans le cas d'un élément d'échappement 3 constitué par un tel dispositif 3) .
Cette invention trouvera une application dans le domaine de la fabrication des équipements pour l'échappement des gaz émis par le moteur 1 d' un véhicule automobile et résultant de la combustion d'un carburant, plus particulièrement d'un carburant de type diesel, au sein d'un tel moteur 1.
Exemple de réalisation :
Débit du moteur en pleine charge : 600kg/h à 600°C Mélangeur 6 :
- deux paires d'hélicoides (611 ; 612) ;
- deux hélicoïdes d' une même paire avec un sens de rotation identique ;
- deux hélicoïdes de deux paires différentes avec un sens de rotation contraire (hélicoïdes contrarotatives) ;
- pas et longueur des hélicoïdes : 82mm
- diamètre des hélicoïdes : 21mm - élément d'échappement : conduit de diamètre interne 60mm
- contre-pression généré en aval du mélangeur : 33mbar

Claims

REVENDICATIONS
1. Elément d'échappement (3 ; 4) que comporte une ligne d'échappement (2) des gaz d'un véhicule automobile à moteur thermique (1) et à l'intérieur duquel s'écoule un fluide constitué par des gaz d'échappement ainsi que par un additif à ces gaz, cet élément d'échappement (3 ; 4) comportant, monté intérieurement, un moyen (6) statique pour mélanger cet additif à ces gaz d'échappement, caractérisé par le fait que le moyen (6) statique pour mélanger l'additif aux gaz d'échappement comporte au moins une hélicoide (61) présentant un axe s' étendant dans une direction formant un angle (ce) déterminé avec la direction (D) d'écoulement du fluide dans cet élément d'échappement (3 ; 4) .
2. Elément d'échappement (3 ; 4) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la ou les hélicoldes (61) présentent une largeur croissante, ceci dans la direction (D) d'écoulement du fluide dans l'élément d'échappement (3 ; 4) .
3. Elément d'échappement (3 ; 4) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la ou les hélicoldes (61) présentent une largeur décroissante, ceci dans la direction (D) d'écoulement du fluide dans l'élément d'échappement (3 ; 4).
4. Elément d'échappement (3 ; 4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la direction d'extension de l'axe d'une hélicoïde forme, avec la direction (D) d'écoulement du fluide dans l'élément d'échappement, un angle (α) compris entre 0 et 30°.
5. Elément d'échappement (3 ; 4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le mélangeur (6) comporte une pluralité d' hélicoldes (61) présentant, chacune, un axe, d'une part, s' étendant dans une direction formant un angle (α' ) déterminé, notamment compris entre 0 et 30°, avec la direction d'extension de l'axe d'une autre hélicoide (61) et, d'autre part, s' étendant dans une direction formant un angle (oc) déterminé, notamment compris entre 0 et 30°, avec la direction (D) d'écoulement du fluide dans cet élément d'échappement (3 ; 4) .
6. Elément d'échappement (3 ; 4) selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les hélicoldes (61) sont agencées en sorte que leurs axes d'extension divergent, ceci dans la direction d'écoulement du fluide dans l'élément d'échappement (3 ; 4) .
7. Elément d'échappement (3 ; 4) selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les hélicoides (61) sont agencées en sorte que leurs axes d'extension convergent, ceci dans la direction d'écoulement du fluide dans l'élément d'échappement (3 ; 4) .
8. Elément d'échappement (3 ; 4) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que les axes des hélicoides (61) sont agencés conformément à une matrice, notamment régulière, en rapport avec la géométrie de la section de l'élément d'échappement (3 ; 4) .
9. Elément d'échappement (3 ; 4) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 , caractérisé par le fait que deux hélicoides (61) immédiatement juxtaposées présentent un sens de rotation identique .
10. Elément d'échappement (3 ; 4) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 , caractérisé par le fait que deux hélicoides (61) immédiatement juxtaposées présentent un sens de rotation contraire .
11. Elément d'échappement (3 ; 4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le mélangeur (6) comporte une pluralité d' hélicoides (61) et que ces hélicoides (61) sont regroupées au sein d'au moins un ensemble (611 ; 612) comportant au moins deux hélicoides (61) présentent un sens de rotation, de préférence, identique.
12. Elément d'échappement (3 ; 4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le mélangeur (6) comporte au moins un module (62) comportant, d'une part, une plaque (621 ; 622) orientée parallèlement à la direction (D) d'écoulement du fluide dans l'élément d'échappement (3 ; 4) et, d'autre part, au moins une hélicoide (61) ou un ensemble (611 ; 612) d'au moins deux hélicoïdes (61) s 'étendant dans le prolongement aval de cette plaque (621 ; 622) .
13. Elément d'échappement (3 ; 4) selon la revendication 12, caractérisé par le fait que le mélangeur (6) comporte une pluralité de modules (62), d'une part, comportant chacun une plaque (621 ; 622) ainsi qu'un ensemble (611 ; 612) d'au moins deux hélicoides (61) et, d'autre part, assemblés, deux à deux, notamment de manière perpendiculaire, par des moyens d'assemblage (63) que comporte au moins une plaque (621 ; 622) d'au moins un tel module (62).
14. Elément d'échappement (3 ; 4) selon la revendication 13, caractérisé par le fait qu'un module (62) comporte, au niveau de l'un au moins des bords latéraux d'une plaque (621 ; 622) de ce module (62), une aile (641, 641' ; 642, 642') se situant dans le prolongement de cette plaque (621 ; 622) et orientée en direction d'une autre aile (642, 642' ; 641, 641') que comporte la plaque (622 ; 621) d'un autre module (62) et de laquelle cette aile (641, 641' ; 642, 642') est rendue solidaire, notamment par soudure.
15. Elément d'échappement (3 ; 4) selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé par le fait que le module (62) est constitué par une pièce unique, notamment métallique, de préférence réalisée par découpage, vrillage, notamment complété par un pliage .
16. Elément d'échappement (3 ; 4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément d'échappement (3 ; 4) comporte un moyen (7) pour la réception du mélangeur (6) .
17. Elément d'échappement (3 ; 4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément d'échappement (3 ; 4) est constitué, soit par un conduit d'échappement (41) comportant, intérieurement, le moyen (6) pour mélanger un additif aux gaz d'échappement, soit par un dispositif (3) pour le traitement physique et/ou chimique des gaz d'échappement comportant, intérieurement, le moyen (6) pour mélanger un additif aux gaz d'échappement ainsi que, en aval de ce mélangeur (6) , un moyen pour le traitement physique et/ou chimique de ce mélange .
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