La présente invention concerne le post traitem ent des oxydes d'azote (NO _x ) et des particules de suies ( PM) générés dans une ligne d'échappement d'un véhicule à m oteur therm ique.

L'évolution de la réglementation sur les ém issions polluantes des véhicules à m oteur therm ique conduit, notam m ent pour les véhicules à motorisation dite "m élange pauvre", à la m ise en place de tels posttraitements.

Un prem ier type de systèm e de post traitement connu consiste à réaliser des pièges accum ulant en leur sein les espèces à traiter. Ces pièges nécessitent d'être nettoyés périodiquem ent tout au long de leur utilisation (roulage du véhicule) . L'opération dite de régénération s'effectue en faisant opérer le m oteur en condition de "m élange riche" par m odification de ses réglages, de façon soit, à augm enter la tem pérature des gaz d'échappem ent j usqu'à une valeur favorable à la com bustion des particules de suies contenues dans le filtre à particules, soit à augmenter la quantité de "réducteurs" (hydrocarbures im brulés, monoxyde de carbone, hydrogène) afin de convertir les m olécules d'oxyde d'azote retenues dans le piège en m olécules inertes d'azote. Avec ce type de systèm e néanm oins, le conducteur peut ressentir un inconfort de conduite du fait des m odifications du régime moteur. En outre, en augm entant la quantité de carburant injecté dans les cylindres, on accroît le risque que des gouttelettes viennent se mélanger dans l'huile m oteur, dégradant ainsi les performances de lubrification du moteur.

Pour éviter ces inconvénients, un deuxièm e type de systèm e de post traitement a été proposé, dans lequel on injecte directement le carburant dans la ligne d'échappem ent, sous forme liquide ou vapeur. Cette opération permet d'introduire des espèces réductrices au plus près des filtres à particules et des pièges pour en faciliter la montée en tem pérature ou la réduction des espèces qui y sont stockées. Une solution pour améliorer les efficacités de régénération est de sélectionner ou d'introduire des espèces plus réactives, c'est-à-dire des molécules à plus fort potentiel réducteur. C'est ce qui est fait lorsque l'on vient introduire des hydrocarbures ( HC) pour les convertir ensuite en monoxyde de carbone (CO) et hydrogène ( H ₂ ) par une action de réform age.

On s'intéresse dans la suite plus particulièrem ent aux systèm es de post traitem ent dans lesquels le carburant est injecté directement dans la ligne d'échappem ent sous form e vaporisée.

On connaît notam m ent du document EP 1 643 092 A1 un tel système dans lequel une pom pe hydraulique prélève le carburant liquide dans le réservoir du véhicule pour le délivrer à l'intérieur d'une enceinte d'un vaporisateur com prenant un crayon chauffant, typiquem ent une bougie de chauffage électrique, pour assurer la vaporisation du liquide. Le carburant vaporisé est ensuite délivré directem ent dans la ligne d'échappem ent, en amont des pièges et filtres à particules dans le sens de l'échappem ent, pour permettre la régénération de ces derniers.

Le Docum ent FR 2 904 362 décrit égalem ent un systèm e sim ilaire dans lequel le carburant est injecté sous forme liquide dans le vaporisateur, non pas par l'interm édiaire d'une pom pe hydraulique, mais en utilisant un secteur pressurisé du circuit d'injection de carburant du moteur.

Dans les deux cas, les géom étries de vaporisateur présentent l'inconvénient de posséder un grand volum e autour du crayon chauffant. La vaporisation des hydrocarbures est ainsi retardée du fait de la plus grande masse de carburant à évaporer. Dans ce cas de figure, le carburant liquide peut égalem ent conduire à la formation de coke du fait de la durée im portante de m ise en contact du carburant liquide avec la surface du crayon portée au rouge. Le dépôt de carbone qui se forme sur la surface peut alors conduire à des problèm es de détérioration du crayon chauffant.

La présente invention vise à pallier les inconvénients précédents en proposant un dispositif de vaporisation dans lequel le tem ps de réponse est réduit, de façon à am éliorer la durabilité du systèm e.

A cet effet, l'invention a pour prem ier objet un dispositif de vaporisation de carburant destiné à équiper un système de post traitement des ém issions polluantes dans une ligne d'échappement d'un véhicule à moteur therm ique, le dispositif étant apte à recevoir du carburant liquide et com portant un orifice de sortie débouchant directem ent dans ladite ligne d'échappem ent, apte à délivrer du carburant vaporisé, caractérisé en ce qu'il com prend :

- un corps principal com portant au m oins deux logem ents destinés chacun à recevoir et maintenir un crayon chauffant s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal dudit corps principal, un canal d'entrée pour recevoir du carburant liquide, et un canal central s'étendant selon l'axe longitudinal pour achem iner le carburant liquide reçu par le canal d'entrée du dispositif ;

- deux cham bres de vaporisation prolongeant chacune un des deux logements, chaque cham bre de vaporisation étant apte à recevoir la partie active du crayon chauffant correspondant ;

- des prem iers m oyens pour répartir sim ultaném ent le carburant liquide achem iné par le canal central vers chacune des deux cham bres de vaporisation ; et

- des deuxièmes m oyens pour achem iner le carburant vaporisé depuis les cham bres de vaporisation jusqu'à l'orifice de sortie.

Le dispositif peut com porter plus de deux logements, chacun étant apte à recevoir et m aintenir un crayon chauffant s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal dudit corps principal, et un nom bre correspondant de cham bres de vaporisation prolongeant chacune un logement pour recevoir la partie active d'un crayon chauffant correspondant. Dans ce cas, lesdits prem iers m oyens sont adaptés pour répartir sim ultaném ent le carburant liquide achem iné par le canal central vers chacune des cham bres de vaporisation.

Dans un mode de réalisation particulièrem ent avantageux, lesdits prem iers moyens com portent d'une part, une vis présentant une tête de vis et une tige placée selon l'axe longitudinal du corps principal dans le prolongem ent du canal central, ladite tige étant percée axialem ent en son centre et radialement par au m oins une ouverture en dessous de la tête de vis, et d'autre part, une surface annulaire du corps principal concentrique avec l'axe longitudinal, ladite surface annulaire com prenant des rainures radiales débouchant chacune sur une des cham bres de vaporisation au plus près de la tête du crayon chauffant, la partie inférieure de la tête de vis coopérant avec la surface annulaire et lesdites rainures pour former une cavité étanche en com m unication avec les cham bres de vaporisation, ladite cavité recevant du carburant liquide délivré par le canal central par l'intermédiaire de ladite tige, et répartissant ce carburant liquide sim ultaném ent dans lesdites cham bres de vaporisation.

De préférence, le corps principal com porte un fût axial placé dans le prolongem ent du canal d'entrée, recevant ladite tige de la vis, et un logem ent axial dont le fond est délim ité par ladite surface annulaire, ledit logem ent axial recevant la tête de vis.

Les deuxièm es m oyens com prennent de préférence un injecteur de carburant vaporisé, ledit injecteur com portant une em base annulaire fixée axialem ent à une partie extrém ale du corps principal renferm ant lesdites cham bres de vaporisation, et recouvrant de façon étanche ladite partie extrém ale, et un tube d'injection surmontant axialement ladite em base annulaire, ledit tube com portant au moins un orifice radial form ant l'orifice de sortie du dispositif.

La présente invention a égalem ent pour objet le système de post traitement des ém issions polluantes dans une ligne d'échappement d'un véhicule à m oteur therm ique, com portant un tel dispositif de vaporisation de carburant apte à recevoir du carburant liquide et à délivrer du carburant vaporisé directem ent dans ladite ligne d'échappem ent.

La présente invention concerne également le procédé de com mande d'un systèm e de post traitem ent équipé du dispositif de vaporisation.

La présente invention et les avantages qu'elle procure seront m ieux com pris au vu de la description suivante d'un dispositif de vaporisation selon l'invention équipant un système de post traitem ent des ém issions polluantes d'un véhicule autom obile, faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles :

- les figures 1 a et 1 b sont des perspectives éclatées, respectivem ent en vue dessus et de dessous d'un dispositif de vaporisation selon un mode de réalisation préféré de l'invention ;

- la figure 2 est une coupe partielle en élévation du dispositif des figures 1 a et 1 b en position assem blée montrant en détail le circuit de carburant liquide à l'intérieur du dispositif ;

- la figure 3 est une vue de dessus en perspective du corps principal du dispositif de vaporisation ;

- la figure 4 est une coupe partielle en élévation du dispositif en position assem blée m ontrant en détail le circuit de carburant vaporisé à l'intérieur du dispositif ;

- la figure 5 illustre un exem ple de positionnement du dispositif de vaporisation par rapport à la ligne d'échappem ent.

Dans la description qui va suivre, on va s'attacher à décrire tout d'abord le circuit de carburant liquide du dispositif de vaporisation, c'est-à-dire la partie du dispositif permettant d'achem iner du carburant liquide jusqu'au lieu de vaporisation, puis, le circuit de carburant vaporisé, c"est-à-dire la partie du dispositif perm ettant d'achem iner le carburant vaporisé jusqu'à la ligne d'échappement du véhicule automobile.

En référence aux figures 1a à 3, le dispositif de vaporisation 1 selon l'invention comporte un corps principal 10 comportant une pluralité de logements 11 , chaque logement 11 étant destiné à recevoir et maintenir un crayon 2 chauffant s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal XX' du corps principal 10. Dans le mode de réalisation préféré, ces logements sont au nombre de trois, de préférence uniformément répartis autour de l'axe longitudinal XX'. Néanmoins, le principe de l'invention s'applique à partir de deux logements destinés à recevoir deux crayons chauffants, ces deux logements étant dans ce cas de préférence placés symétriquement par rapport à l'axe longitudinal XX'.

La partie extrémale 12 du corps principal 10 destinée à recevoir la partie active 20, c'est-à dire chauffante, des crayons chauffants 2, comporte trois cavités prolongeant chacune un logement 11 selon l'axe longitudinal XX' et destinées à former, en coopération avec l'embase 30 d'une pièce 3 formant injecteur de carburant vaporisé qui sera détaillée par la suite, trois chambres 13 de vaporisation. Ces trois chambres 13 sont destinées à être alimentées simultanément en carburant liquide. Pour ce faire, le corps principal 10 est alimenté en carburant liquide au niveau d'un canal d'entrée 14 s'étendant de préférence transversalement, en particulier orthogonalement, à l'axe longitudinal XX' du corps principal 10. Comme visible tout particulièrement sur les figures 2 et 3, le corps principal 10 comporte également un canal central 15 s'étendant le long de l'axe longitudinal XX'. Une première extrémité de ce canal central 15 est reliée à une extrémité du tube d'entrée 14, et présente une deuxième extrémité 15b débouchant au niveau d'un fût axial 16 de la partie extrémale 12, placé dans le prolongement du canal centrale 15. La partie extrémale 12 comporte, à ce niveau et au-dessus du fût axial 16, un logement axial 17 de forme sensiblement cylindrique et de dimension radiale supérieure à celle du fût axial 16 (voir plus particulièrement la figure 1a et la figure 3). Ce logement axial 17 comporte un fond délimité par une surface annulaire 18 concentrique avec l'axe XX'. Le logement axial 17 et le fût axial 16 sont destinés à recevoir respectivement la tête 40 et la tige 41 d'une vis 4. Plus précisément, lorsque la vis 4 est mise en place dans le dispositif de vaporisation 1, la surface inférieure de la tête 40 de vis vient en accostage sur la surface annulaire 18, et la tige 41 est située dans le fût axial 16, dans le prolongement du canal central 15. La vis 4 peut être fixée par vissage. Dans ce cas, la paroi du fût axial 16 doit être taraudée pour recevoir un filetage correspondant présent sur la tige 41.

La tige 41 est en outre percée axialement en son centre, et radialement par au moins une ouverture 42 pratiquée juste en dessous de la tête 40 de vis. L'ouverture 42 débouche ainsi dans une cavité annulaire 19 étanche formée par le logement axial 17, et plus précisément par la surface annulaire 18, et la partie inférieure de la tête 40 de vis.

La surface annulaire 18 comporte enfin trois rainures radiales 18' qui ont été usinées de façon à relier la deuxième extrémité 15b de la canalisation centrale 15 à chacune des chambres 13 de vaporisation. Ainsi, la cavité annulaire étanche 19 est en communication avec chacune des chambres de vaporisation 13 par l'intermédiaire de ces trois rainures.

Le fonctionnement du dispositif pour la partie correspondant au circuit de carburant liquide est par conséquent le suivant :

Le dispositif de vaporisation est tout d'abord alimenté en carburant liquide sous pression via le canal d'entrée 14. Cela peut se faire au moyen d'une pompe et d'une vanne placée entre le réservoir de carburant et l'entrée du dispositif de vaporisation, ou encore par l'intermédiaire d'un injecteur dédié. Le carburant liquide remonte ensuite dans le corps principal 10 par le canal central 15, passe par l'intérieur de la tige 41 de la vis 4 pour être dirigé vers la cavité annulaire 19 au moyen de l'ouverture 42 ou des ouvertures percées radialement dans la tige 41. La cavité annulaire 19, formée entre la base de la tête 40 de vis et la surface annulaire 18, alimente en carburant liquide les trois rainures 18' qui alimentent à leur tour les trois chambres 13 de vaporisation dans lesquelles plongent les têtes 20 des crayons chauffants 2. Le carburant liquide débouchant des rainures est alors projeté sur les têtes chauffantes 20 des trois crayons 2 sur lesquelles il vient se vaporiser.

Ainsi, à partir d'un corps central 10 permettant de recevoir une pluralité de crayons chauffant disposés parallèlement à l'axe longitudinal XX' du corps, différentes chambres de vaporisation peuvent être simultanément alimentées en carburant liquide grâce à la coopération de différents moyens permettant l'acheminement du carburant liquide depuis le canal central 15 vers chacune des chambres, et plus précisément :

- par l'utilisation de la vis 4 percée axialement au niveau de sa tige 41 pour prolonger le canal central 15 ;

- par la coopération de la partie inférieure de la tête 40 de vis avec la surface annulaire 18 pourvue de ses rainures 18' pour réaliser une cavité annulaire étanche en communication avec les chambres de vaporisation 13, dans laquelle le carburant liquide venant du canal central 15 et passant dans la vis peut se répandre, et par suite, être réparti uniformément et simultanément dans les chambres de vaporisation, au plus près des têtes des crayons chauffants.

Le canal d'entrée 14, le canal central 15, les logements 11, les cavités prolongeant les logements 11 pour former les chambres de vaporisation, le fût axial 16, le logement axial 17, ainsi que la surface annulaire 18 munie de ses rainures 18' font de préférence tous partie intégrante du corps central 10, en ce sens qu'il s'agit d'une même pièce. La conception du circuit de carburant liquide dans le dispositif de vaporisation tel qu'il vient d'être décrit perm et d'obtenir l'étanchéité au niveau de chaque rainure 1 8' par accostage de la tête de vis sur la surface annulaire 18.

En outre, le débit de carburant liquide est défini par la distance séparant la partie inférieure de la tête de vis et le fond des rainures 1 8'. Ainsi, il est possible d'utiliser un m ême dispositif de vaporisation pour différents types de véhicules, en adaptant sim plem ent cette distance. Ceci peut être fait par sim ple ré usinage du corps central 10 consistant à enlever de la m atière. Ainsi, on peut ré usiner la surface annulaire 18, ce qui aura pour effet de dim inuer la profondeur des rainures, et par suite de réduire le débit. On peut égalem ent ré usiner les rainures 1 8' ce qui aura pour effet d'augmenter la profondeur de ces rainures, et donc d'augmenter le débit. Le diam ètre hydraulique de la rainure peut être com pris à titre d'exem ple entre 0,25 et 3 m m .

Le dispositif est en outre très sim ple à fabriquer : deux pièces (le corps central 1 0 et la vis 4) suffisent à la distribution du carburant dans l'ensem ble des cham bres de vaporisation accueillant les têtes 20 de crayons chauffants 2. L'assem blage s'effectue par sim ple vissage de la vis 4 dans le corps 1 0.

Le corps central 1 0 peut en outre être facilement adapté en m ultipliant le nom bre de rainures suivant le nom bre de cham bres de vaporisation à alim enter.

La partie du circuit vapeur du dispositif de vaporisation selon le mode de réalisation préféré va à présent être décrit :

Ce circuit vapeur est destiné à achem iner le carburant vaporisé issue des différentes cham bres 13 de vaporisation précédem ment décrites directem ent dans la ligne d'échappem ent 5 (voir figure 5) .

Dans le mode de réalisation préféré, le circuit vapeur est réalisé par la coopération de la pièce 3 form ant injecteur de carburant vaporisé avec le corps principal 1 0 du dispositif de vaporisation, et plus précisément avec la partie extrémale 12 du corps renfermant les chambres 13 de vaporisation. Comme visible sur les figures 1a, 1b, 4 et 5, l'injecteur 3 de carburant vaporisé comporte une embase annulaire 30 de forme adaptée pour venir se fixer et recouvrir, de façon étanche, la partie extrémale 12. Dans l'exemple représenté, la partie extrémale 12 possède une enveloppe extérieure cylindrique, de sorte que l'embase annulaire 30 présente également une enveloppe externe cylindrique adaptée pour être emmanchée axialement sur la partie extrémale 12. Un joint annulaire 6 vient de préférence renforcer l'étanchéité de l'ensemble. L'embase annulaire 30 est fixée sur la partie extrémale 12 de manière à laisser un certain espace entre la paroi interne 31 de la surface supérieure de l'embase 30 et le haut des chambres de vaporisation de manière à permettre au carburant vaporisé dans les chambres d'envahir l'espace interne de cette embase. L'embase annulaire 30 est surmontée d'un tube 32 d'injection s'étendant le long de l'axe XX', ce tube étant muni d'au moins un orifice 33 radial pour l'échappement du carburant vaporisé dans la ligne d'échappement 5. L'espace interne de l'embase 30 et l'espace interne du tube 32 sont en communication, de sorte que la vapeur de carburant issue des différentes chambres 13 progresse dans l'injecteur 3, via son embase 30 et débouche ensuite dans la ligne d'échappement 5 au moyen du ou des orifices 33. Comme plus particulièrement visible sur la figure 4, la section de passage entre l'embase 30 et le tube 32 présente avantageusement un profil 34 en forme de « trompette » pour limiter les pertes de charges et favoriser la circulation du carburant vaporisé.

Comme visible sur la figure 5, le tube 32 d'injection sert avantageusement également pour la fixation du dispositif 1 de vaporisation de carburant sur la ligne d'échappement 5. Le nombre, la section et la position des orifices 33 sur la paroi du tube 32 dépendent des conditions d'injections visées. On s'attachera néanmoins de préférence à diriger l'orifice 33 de façon à ce que le carburant soit vaporisé à contre-courant par rapport à la direction D d'échappement des gaz dans la ligne d'échappem ent 5 (voir figure 5) .

Un exem ple de procédure de com mande d'un systèm e de post traitem ent com portant le dispositif 1 de vaporisation de carburant, perm ettant une vaporisation très rapide de carburant et une durabilité accrue, notam ment pour les crayons chauffants, va m aintenant être décrit:

La séquence de com m ande com m ence de préférence par la m ise en chauffe préalable des crayons chauffants pendant une durée prédéterm inée, par exem ple de l'ordre de 10 secondes.

Les organes (pom pe, vanne, injecteur...) du systèm e perm ettant de délivrer le carburant liquide sur le canal d'entrée 14 du dispositif sont ensuite com m andés pour permettre une distribution du carburant liquide à un débit nom inal. De la sorte, le circuit de carburant liquide du dispositif de vaporisation se rem plit très rapidem ent, typiquement en 2 ou 3 secondes pour un débit fixé à 0,25 g/s.

La vaporisation de carburant qui s'ensuit se traduit par une montée en richesse dans la ligne d'échappem ent 5. Elle peut être observée par la m ise en place, dans le systèm e, d'une sonde de richesse (non représentée) dans la ligne d'échappement 5. La m esure de cette sonde peut ainsi servir à réguler le débit en carburant liquide du dispositif de vaporisation, en contrôlant la pom pe ou la vanne ou l'injecteur précités, de façon à atteindre la richesse voulue dans la ligne d'échappem ent.

On obtient grâce au dispositif de vaporisation conform e à l'invention des tem ps de réponse très rapides, de l'ordre de 2 ou 3 secondes, et des cycles de vaporisation de durée beaucoup plus courte que les durées généralem ent obtenues avec les dispositifs de l'art antérieur (typiquement entre 30 et 60 secondes) .

I l convient de noter que l'étape de m ise en chauffe préalable des éléments chauffants permet avantageusem ent une vaporisation rapide du résiduel de carburant dans chaque cham bre 1 3 de vaporisation au moment de la m ise en chauffe du crayon chauffant par la lim itation de son volume. Dans le cas de cette invention et pour l'application prévue, le volum e peut être com pris entre 0,6 et 1 ,5 cm 3 et être avantageusem ent de 0,95 cm 3. Ces valeurs seront atteintes en faisant varier le diamètre, la profondeur et/ou la form e de chaque cham bre 1 3.

Cependant, l'opération de m ise en chauffe du carburant liquide résiduel sera de préférence évitée afin de lim iter les effets de cokage du carburant liquide. Pour ce faire, juste avant l'arrêt du dispositif de vaporisation, on peut prévoir que chaque cham bre 1 3 soit vidée de son contenu en maintenant les crayons chauffants en tem pérature pendant quelques secondes alors que l'alim entation en carburant liquide est coupée.

Outre le tem ps de réponse optim isé, le dispositif de vaporisation de carburant selon l'invention permet de délivrer un débit de vapeur de carburant adapté aux applications visées. En effet, le nom bre de cham bres de vaporisation et de crayons chauffants correspondants peut être augm enté. Cette opération est possible grâce au design circulaire du vaporisateur. Dans le cas où l'on souhaite augmenter le nom bre de cham bres de vaporisation, il suffit d'augmenter le diam ètre du dispositif de vaporisation.

En outre, la conception du dispositif de vaporisation permet le montage de crayons chauffants issus du com merce. En effet le dispositif de vaporisation ne nécessite pas de crayons chauffants au design particulier. Avantageusem ent on préférera choisir des crayons chauffants courts afin de réduire l'encom brement du vaporisateur. On veillera toutefois à protéger leur connectique électrique de fortes montées en tem pérature.

D'autres améliorations dans le dispositif de vaporisation de carburant, dans le systèm e com portant un tel dispositif et dans son procédé de com m ande peuvent être encore apportées : Ainsi, pour optimiser le refroidissement des crayons chauffant en période d'utilisation du dispositif, des lumières 7 (voir figures 1 a et 5) sont avantageusement pratiquées dans le corps principal 10, le long des logements 11 recevant les crayons chauffants 2. Ces lumières 7 permettent en effet une circulation d'air autour des crayons chauffants et limitent les points de contacts avec le corps 10. Avantageusement, une fois monté sur la ligne d'échappement, l'air circulant sous le véhicule accentuera le refroidissement du dispositif. Les lumières permettent également d'optimiser le poids et la masse thermique du dispositif.

En outre, tel que dimensionné, le dispositif de vaporisation peut fournir un débit de vapeur de carburant compris entre 0,05 et 0,35 g/s. Ce débit est contrôlé par la régulation du carburant liquide, comme vu plus haut, et par régulation de la température de la chambre de vaporisation 13 au moyen d'un thermocouple ou autre moyen de mesure de température (non représenté) implanté dans un orifice 8 pratiqué dans le corps principal (voir figures 1b et 4), et débouchant au plus près de la partie active des crayons chauffants. La régulation par le thermocouple permet de garantir la température nécessaire à la vaporisation du carburant liquide mais aussi de commander l'alimentation électrique des crayons chauffants et d'injecter la puissance électrique juste nécessaire. La loi de gestion de l'énergie pourra être ainsi définie pour couper l'alimentation électrique des crayons chauffants lorsque la température est supérieure à une température de consigne. Cette régulation présente également l'avantage de préserver l'intégrité du système en interdisant une montée trop forte en température. Cette température peut être comprise entre 270 et 400°C et par exemple être fixée à 320°C. Cette valeur de température de consigne garantit une vaporisation complète du carburant qui se fait aux alentours de 240°C. A la fin de chaque vaporisation, les crayons chauffants peuvent être maintenus en chauffe pendant 1 0 s ou jusqu'à atteindre 320 °C (T consigne) de façon à vider le carburant liquide des cham bres de vaporisation. Cette opération contribue donc à la durabilité du dispositif puisqu'elle évite les phénom ènes de cokage du carburant liquide lors de la rem ise en chauffe des crayons chauffants.