BE1023902B1

BE1023902B1 - Nettoyage des filtres

Info

Publication number: BE1023902B1
Application number: BE2016/5130A
Authority: BE
Inventors: Laszlo Ludik
Original assignee: Tistech Sprl
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2017-09-08
Also published as: CA3010330C; HUE050389T2; BE1023902A1; ES2781304T3; CA3010330A1; US10617988B2; PL3420207T3; EP3628833B1; EP3628833A1; WO2017144301A1; EP3420207A1; US20190291036A1; EP3420207B1

Abstract

La présente invention concerne dans l'ensemble un processus et un appareil de nettoyage et suppression des dépôts de particules dans un filtre à particules, et en particulier l'élimination à sec des dépôts de cendres sur un filtre à particules diesel. Par rapport aux procédures connues en la matière, la méthode de la présente invention repose sur la fourniture d'un processus en deux phases: l'une où le filtre est exposé à une fréquence de résonance structurelle sous pression et l'autre où le filtre est exposé à un flux inversé. La combinaison de la fréquence de résonance structurelle sous pression et du flux inversé aboutit à une élimination efficace en deux phases des débris du filtre sans endommager le corp en céramique de ce dernier.

Description

NETTOYAGE DES FILTRES

DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne dans l'ensemble un processus et un appareil de nettoyage et suppression des dépôts de particules dans un filtre à particules, en particulier l'élimination à sec des dépôts de cendres sur un filtre à particules diesel ou gasoline. Par rapport aux procédures connues, la méthode de la présente invention repose sur la fourniture d'un processus en deux phases : l'une où le filtre est exposé à une fréquence de résonance structurelle sous pression et l'autre où le filtre est exposé à un flux inversé. La combinaison de la fréquence de résonance structurelle sous pression et du flux inversé aboutit à une élimination efficace en deux phases des débris du filtre sans endommager le corps en céramique de ce dernier.

CONTEXTE DE L'INVENTION

Au cours des dernières années, des législations plus strictes sur les émissions de gaz d'échappement ont vu le jour dans le monde entier. Parmi celles-ci, il y a des restrictions du volume des particules (suie) pouvant être produit par un véhicule, ce qui pose principalement problème sur les moteurs diesel en raison des spécificités de leur processus de combustion. Une solution à ce problème est l'utilisation d'un filtre à particules (PF) dans le circuit d'échappement d'un moteur diesel ou essence. Un PF classique comporte un corps cylindrique en céramique (carbure de silicium ou cordiérite) : une structure en nid d'abeille avec de nombreux canaux parallèles différents. Les canaux adjacents sont fermés à chaque extrémité par des bouchons pour forcer les gaz d'échappement à pénétrer à travers les parois. La suie des gaz d'échappement s'accumule sur ces parois. De temps à autre, cette suie accumulée doit être brûlée, c'est ce que l'on appelle l'étape de régénération. Lors de la régénération, la température des gaz d'échappement est élevée artificiellement, par exemple par une injection secondaire de diesel ou en retardant l'injection principale. La régénération est principalement gérée automatiquement par l'ECU du véhicule. En théorie, ce processus désengorge le filtre en brûlant la suie pour la transformer en CO et C02. Dans la pratique, aucun processus de brûlage n'est parfait, en particulier sur les véhicules qui ne font que des petits trajets, à cause de la température inférieure des gaz d'échappement. De la cendre se forme également dans le filtre pendant la régénération, mais aussi en cours de fonctionnement normal. Cette cendre n'est pas supprimée par la régénération (parce que la cendre est déjà brûlée) et au bout de quelque temps, la contre-pression sur le PF, provoquée par la formation de cendre, devient trop élevée pour que le moteur la surmonte. À ce niveau, le PF doit être remplacé ou nettoyé. En Europe, les réglementations sur les émissions ne sont devenues que récemment assez strictes pour qu'un PF devienne nécessaire. Toutefois, aux États-Unis, les PF sont courants en raison des réglementations sur le transport lourd (camions, etc.). Le marché américain a donc développé plusieurs moyens de nettoyer ces filtres, leur remplacement étant une option coûteuse.

Deux approches principales de nettoyage sont identifiées : la méthode chimique (ou humide) et la méthode physique (ou à sec). Dans la méthode humide, un fluide de nettoyage (principalement à base d'eau) sous pression et parfois réchauffé est introduit dans le filtre et forcée à travers les canaux de nettoyer les particules de cendres et de suie. Le fluide est parfois mélangé à du gaz sous pression afin de former des bulles pour améliorer le nettoyage. Des ondes ultrasonores sont parfois aussi introduites dans le liquide, pour améliorer le nettoyage également. Toutefois, l'étape critique de ce processus est le séchage final des parties internes du filtre à l'air chaud. Toute humidité résiduelle dans le filtre peut créer de violents dégagements de vapeur, parce que les températures des gaz d'échappement sont de plusieurs centaines de degrés Celsius : dans ces conditions, l'eau est transformée instantanément en vapeur. Ces dégagements peuvent endommager irrémédiablement le filtre, c'est donc un point faible du nettoyage humide. Deuxième remarque : en vertu de la norme EURO 6 s'applique, les filtres à particules sont enduits d'un catalyseur pour améliorer leur efficacité. Ce revêtement peut être endommagé par certains liquides de nettoyage, des fluides spéciaux sont donc nécessaires. Enfin, le fluide utilisé doit être éliminé de manière respectueuse de l'environnement ou filtré pour être réutilisé. Pour toutes ces raisons, le nettoyage chimique n'est pas souhaitable.

Les processus physiques développés utilisent cependant uniquement les propriétés pour lesquelles le filtre a été conçu en premier lieu : pression et circulation d'air. Les particules accumulées sont supprimées par un souffle d'air comprimé (nettoyage à l'air pulsé). Les particules délogées sont ensuite évacuées par soufflage d'air. Aucune matière étrangère n'est donc introduite dans le filtre. D'autres processus à sec utilisent des buses d'air mobiles dirigées vers les ouvertures du filtre afin de souffler les éventuelles obstructions, voir p. ex. WO 201175598. Enfin, des vibrations mécaniques sont parfois utilisées pour déloger les particules, p. ex., brevets DE 102004029640 et WO201156477. Dans la référence japonaise, JP H08 177 462, on utilise la combinaison de vibrations et un courant d'air, mais tellement q’un flux d'air pur est situé en face au flux d'air sale qui laisse le filtre, de sorte que pendant le réglage de ce contrecourant pur un choc ou une vibration est généré. Ces vibrations sont produites par un moteur dissymétrique, mais ne revendiquent aucune association à une propriété de résonance. Seule une « fréquence croissante et décroissante » est mentionnée, d'un ordre de grandeur de 100 Hz et 10 mm pendant 5 à 10 min. Ce processus est toutefois également associé au nettoyage chimique. Le brevet EP 1162351 de PSA applique également des vibrations mécaniques, mais pour ce brevet, les vibrations proviennent du moteur à combustion interne lui-même, pendant son fonctionnement. Au lieu de vibrations mécaniques, dans ces méthodes de nettoyage à sec, des ondes acoustiques peuvent également être employées (voir US2007/0137150), mais comme dans les cas précédents, l'application des vibrations fait toujours partie d'une étape de processus lors de laquelle un flux de gaz parcourt l'assemblage.

Le principal problème des méthodes à sec est qu'elles sont conçues en pensant au PF d'un gros camion. Ces PF de camions sont essentiellement constitués seulement de gros cylindres en céramique et il est donc facile d'y souffler de l'air : l'ensemble des secteurs supérieurs et inférieurs du filtre est accessible. Le problème des filtres à particules montés sur les voitures provient du fait qu'ils sont à l'intérieur des tuyaux d'échappement. Le corps en céramique du filtre ne peut pas être facilement démonté du tuyau. Le tuyau d'échappement renfermant le filtre comporte habituellement des tubes raccordés aux entrées et sorties. Ces entrées et sorties sont également plus étroites que le corps du filtre. Toutes ces propriétés compliquent le processus de nettoyage à sec, car la pression d'air ne peut pas atteindre uniformément le corps du filtre. Certaines solutions ont été proposées sur la base d'un nettoyage de PF de camion existant, par exemple en introduisant successivement des cônes et des bagues dans le tube du filtre pour appliquer sélectivement la pression d'air sur une partie du filtre. Ces outils accessoires doivent toutefois être construits pour chaque taille de filtre et pour certaines formes de filtre plus complexes, les outils proposés ne peuvent pas être introduits. Ils se perdent aussi facilement et ils peuvent être oubliés après le nettoyage, ce qui obstrue le filtre. Le temps de main d'œuvre manuelle augmente également. D'autres solutions proposées consistent à abaisser une buse dans le tube et à la faire tourner autour de la surface du corps du filtre, en appliquant un flux d'air sur chaque partie du filtre. Cela nécessite toutefois une entrée rectiligne sur le filtre ou un mécanisme complexe et un système de mesure pour déterminer la distance par rapport au corps du filtre afin d'éviter les dommages. L'introduction de buses est donc une méthode relativement compliquée à cause des différentes formes et tailles de PF des voitures.

Compte tenu des points faibles des systèmes humides, la variante privilégiée de la solution de nettoyage des PF de voitures est le nettoyage à sec. En observant les « solutions » existantes aux problèmes susmentionnés, il est clair qu'elles sont plutôt complexes par rapport au nettoyage des PF des camions, ou bien peu élégantes et nécessitant des outils supplémentaires différents. Il est cependant nécessaire que le système reste simple pour l'opérateur, p. ex. qu'il soit économiquement raisonnable

BRÈVE DESCRIPTION DES SCHÉMAS

En se référant spécifiquement aux figures, il est précisé que les éléments sont montrés à titre d'exemple et à des fins de débat illustrant uniquement les différentes variantes de la présente invention. Ils sont présentés afin de fournir ce que nous estimons le plus utile et de décrire facilement les principes et les aspects conceptuels de l'invention. À cet égard, nous n'essayons aucunement de montrer les détails structurels de l'invention de manière plus détaillée que ce n'est nécessaire pour sa compréhension de base. La description fournie avec les schémas fait apparaître à ceux qui sont compétents en la matière la façon dont les différentes formes de l'invention peuvent être mises en pratique.

Fig. 1 : une représentation schématique d'un système pneumatique (des ressources en air permettant de générer une pression ou un flux d'air sous pression dans le filtre à particules (FAP)) dans un système de la présente invention, l'air comprimé est introduit dans le système au moyen d'un compresseur à travers l'entrée vanne (1), dans lequel une première branche entraîne les moteurs de vibration (10). Dans l'exemple de réalisation de cette branche comprend en outre un manomètre (13) et la vanne (14) à la qualification et le contrôle de la pression dans les moteurs de vibration. Valve (15) permet l'ouverture de la deuxième branche de la pression d'alimentation du système pneumatique et / ou un flux d'air sous pression à travers le filtre à particules (FAP). Dans la méthode de nettoyage en deux étapes de la présente invention ', dans la première étape dans laquelle le FAP est imposée à la résonance structurelle. Alors que sous pression dans une première direction, les vannes (17) et (17) sont fermées et les vannes 16 et 16' sont ouverts avec des vannes (18) et (19) à la sortie étant fermées. Dans cette configuration, l'air comprimé passe à travers la vanne (16) vers une extrémité de la FAP (côté gauche dans la représentation schématique) et évacuer par la vanne (16’) vers les vannes de sortie (18) et (19). Dans la deuxième étape de vannes (16) et (16’) sont fermées et les vannes (17) et (17 ') ainsi que la soupape de sortie (19). Dans cette configuration, l'air sous pression passe à travers la vanne (17) vers l'extrémité opposée de la FAP (côté droit dans la représentation schématique) et d'évacuer par la vanne (17’) en direction de vannes de sortie (18) et (19). À la branche de sortie, la vanne (18) et un manomètre (20) sont utilisés pour mesurer l'encrassement du filtre en tant que la différence de pression avec la pression d'entrée au manomètre (21). Pour effacer le filtre de la suie, la vanne de sortie (19) est ouvert au cours de cette deuxième étape du processus de nettoyage. Dans la première étape cette vanne et la vanne (18) sont tous deux fermés. Ainsi, dans cette première étape il n'y a aucun écoulement d'air à travers le FAP, il suffit de mettre sous pression et étant sous pression, le filtre est exposé à des vibrations par les moteurs de vibration. Dans la deuxième étape, les vibrations sont fermés par la fermeture de la vanne de moteur à vibrations (14).

Fig. 2: Représentation schématique d'un système pneumatique de rechange (des ressources en air permettant de générer une pression ou un flux d'air sous pression dans le filtre à particules (FAP)) dans un appareil de la présente invention, l'air comprimé est introduit dans le système au moyen d'un compresseur à travers l'entrée vanne (1), dans lequel une première branche entraîne les moteurs de vibration (10). Dans cette variante de réalisation et différent du schéma de la figure 1, cette branche comporte en outre un dispositif de lubrification (23) pour alimenter l'air comprimé de huile entraînant les moteurs de vibration. Une autre différence est à l'entrée de l'air pressurisé maintenant comprenant une unité de traitement d'air (22). Dans cette unité de traitement d'air, un filtre (par exemple de 5 pm) et un régulateur de pression assure que l'air pur à une pression stable est introduit dans le système. Comme dans le schéma ci-dessus, la seconde branche comprend la vanne (15) et des manomètres (20) et (21) avec une sortie vers le récipient de particules (9). La configuration des vannes à chaque extrémité du filtre à particules (FAP) est différent. Au lieu d'une configuration à deux parallèles, la paire de vannes sont maintenant dans une configuration en coupe par rapport au filtre. Avec des vannes (25) et (25 ') fermés, les soupapes (24) et (24) sont utilisés dans la première étape, et à mesurer le nettoyage du filtre à travers un manomètre (20). Avec soupapes (24) et (24 ') fermées, les vannes (25) et (25') sont utilisés dans la deuxième étape pour évacuer les particules libérées du filtre vers le récipient (9).

Fig 3 : Croquis de modulation de vanne à boucle ouverte pour un système de la présente invention, comprenant un compresseur (100) alimentant un réservoir d'air comprimé (2). Des vannes rapides (3), (12) aux deux extrémités (p. ex. côté échappement (102) et côté moteur (103)) du PF et commandées par un microcontrôleur (4) permettent de contrôler la pression d'air à l'intérieur du PF. Un connecteur flexible (5) et un chapeau (6) assurent un ajustement serré de la première extrémité du PF 7, dans l'exemple présenté, côté échappement). Ledit PF est fixé dans l'appareil par une table relevable (8) comportant une ouverture adaptée à l'autre côté du PF (p. ex. moteur). Un autre connecteur flexible présente un conduit vers un bac à cendres (9). Un moteur vibrant (10), également commandé par le microcontrôleur (4), permet d'exposer le PF à une fréquence de résonance structurelle quand il est sous pression.

Fig. 4 : Croquis de modulation de vanne à boucle ouverte pour un système de la présente invention, similaire au système représenté sur la Figure 1, mais comprenant en outre un accéléromètre (11) pour mesurer la vibration du filtre. L'accéléromètre permet une action sur le contrôleur (4) afin d'ajuster la fréquence du moteur vibrant (10).

Fig. 5: Cross vue latérale en coupe d'un système de la présente invention, montrant la valve d'entrée (1) et les deux paires de soupapes (16 et 16’) et (17 et 17’) servant à commander l'orientation de l'air sous pression sur le filtre. En outre, il présente une unité de traitement d'air (22) pour filtrer l'air entrant et d'assurer une pression d'entrée constante (Typiquement, cela est fixée à 4,5 bar pour le système) pour le système. Dans la branche alimentant les moteurs à vibrations, ce mode de réalisation présente en outre la présence d'un dispositif de lubrification (23) injectant de l'huile à l'intérieur de l'air de cette partie du système pneumatique. La présence d'un tel dispositif de lubrification prolonge la durée de vie des moteurs vibrants.

Fig. 6: Croix vue de face en coupe d'un système de la présente invention.

Fig. 7: vue en perspective avant du système représenté sur les figures 5 et 6.

Fig. 8 : comparaison de la pression du diaphragme (sens normal du flux d'air) entre le PF neuf et un PF sale.

Fig. 9 : comparaison de la pression du diaphragme (sens inverse du flux d'air) entre le PF neuf et un PF sale.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION

La solution actuellement envisagée pour le problème décrit ci-dessus consiste à exploiter la résonance structurelle de l'élément du corps du filtre pour détacher les particules de suie. Chaque objet physique comporte des fréquences de résonance structurelle (leur quantité dépend des degrés de liberté de l'objet, ainsi la quantité est infinie dans un objet continu) : les fréquences auxquelles un objet va vibrer facilement lorsqu'il est excité, sans grand apport d'énergie.

Ainsi, cette fréquence peut être utilisée dans un processus de nettoyage : en excitant une fréquence de résonance (de préférence la première), l'ensemble du corps du filtre commence à vibrer, ce qui déloge les particules de la paroi du filtre. Cette excitation peut se faire mécaniquement en appliquant un vibreur ou autre, ou bien de manière plus élégante en imposant les ondes sonores de la fréquence voulue au flux d'air parcourant le tube du filtre, ce qui est comparable à la manière très connue de casser un verre avec un son, mais dans ce cas évidemment avec une énergie réduite, pour éviter de casser les corps du filtre en céramique. Ces ondes sonores peuvent être créées par un haut-parleur, ou plus généralement par une membrane vibrante, ou bien en modulant l'ouverture d'une vanne de pression d'air (si la largeur de bande est suffisante pour cette application). Faire vibrer le corps à des fréquences autres que la résonance détacherait probablement certaines particules, mais au prix d'un apport d'énergie plus important pour obtenir la même amplitude des vibrations, et donc avec une efficacité moindre.

Dans les méthodes connues, la vibration du corps du filtre pour détacher les particules est toujours réalisée en combinaison avec un flux d'air comprimé soufflé dans le filtre. Il est désormais démontré que des résultats optimisés sont obtenus lorsque les fréquences de résonance structurelle sont appliquées pendant que le filtre est maintenu sous pression, mais en l'absence de flux d'air. Après exposition aux vibrations pendant un temps suffisant pour déloger les particules du filtre, un flux d'air comprimé est soufflé dans le filtre en sens inverse de la pression appliquée lors de l'étape de détachement. Ces étapes consécutives (détachement sous pression et soufflage en sens opposé) peuvent être répétées un certain nombre de fois jusqu'à obtention d'un nettoyage suffisant du filtre.

Le premier objectif de la présente invention est donc de fournir une méthode à deux étapes pour nettoyer un filtre à particules, ladite méthode comprenant : - une première étape soumettant le filtre à une fréquence de résonance structurelle en même temps qu'à une pression d'air accrue dans un premier sens, et - une deuxième étape soumettant le filtre à un flux d'air en sens inverse de la première étape.

Durant la première étape, le filtre subit une pression d'air accrue, mais à la différence des procédures connues en la matière, il n'y a pas de flux d'air dans le filtre lors de la première étape. Dans les variantes illustrées, les fréquences de résonance structurelles sont imposées au filtre au moyen d'un moteur vibrant, en particulier un moteur vibrant pneumatique. Dans une variante, le moteur vibrant est aligné avec l'axe longitudinal du corps du filtre. Dans une autre une variante, le moteur vibrant est aligné à angle droit par rapport à l'axe longitudinal du corps du filtre. Dans une variante privilégiée, il y a au moins deux moteurs vibrants, en particulier des moteurs vibrants pneumatiques, dont au moins un est aligné sur l'axe longitudinal du corps du filtre et au moins un autre est aligné à angle droit par rapport à l'axe longitudinal du corps du filtre. Dans le contexte de l'application instantanée, les moteurs vibrants doivent être capables d'atteindre de hautes fréquences de vibration (au moins quelques centaines de hertz) et avoir une force centrifuge suffisante (au moins 1 900 newtons). Tout moteur vibrant répondant à ces caractéristiques peut être utilisé pour la méthode de la présente invention. De préférence, les moteurs vibrants utilisés sont pneumatiques, vu qu'un compresseur d'air est nécessaire dans l'application instantanée pour souffler un flux d'air à travers le filtre et qu'il existe habituellement une telle installation de compression d'air dans un garage.

Dans une variante particulière, les ondes à la fréquence de résonance structurelle sont celles à la première fréquence de résonance ou aux fréquences harmoniques à plusieurs valeurs de la fréquence principale. Les fréquences principales des filtres vont de 90 Hz à environ 110 Hz. Les fréquences de vibration du moteur vibrant commencent également à ces valeurs et vont jusqu'à environ 1870Hz. Dans un mode de réalisation préféré de la fréquence de résonance de structure est à la première ou seconde fréquence harmonique de la fréquence de résonance principale. Dans un mode de réalisation davantage préféré, la fréquence de vibration est dans la plage de 180 à 1870 Hz; démarrage encore plus préférée dans une plage de fréquences de 350 Hz à 1870 Hz; encore plus particulièrement à une fréquence d'environ 1480 Hz.

La méthode en deux étapes décrite ci-dessus peut être réalisée en un seul cycle ou en plusieurs cycles consécutifs. Comme il ressort des exemples cités, en utilisant la méthode de l'application instantanée, même un seul cycle est suffisant pour remettre le filtre dans son état d'origine.

Différent des systèmes existants de nettoyage de PF, où le filtre à particules est généralement orientée avec la partie impure (côté moteur) vers le bas (d'orientation verticale), de sorte que la gravité peut ook aide dans l'extraction des particules dissoutes, en utilisant la méthode en deux étapes de la présente invention une telle orientation n’est pas réellement nécessaire. Avec les vannes du système aux deux extrémités du filtre à particules, il est possible de réguler à la fois l'orientation du flux d'air et la pression dans le filtre de rendre l'orientation verticale pour aider à nettoyer le filtre en option. En outre, un joint hermétique est nécessaire autour des deux extrémités du filtre à particules pour empêcher l'air de s'échapper par ce chemin de moindre résistance. Dans une autre variante, le système de la présente invention comprend donc la fourniture d'un joint hermétique autour des deux extrémités du filtre.

Dans une autre variante, la méthode se caractérise par le fait que l'air comprimé est soufflé à travers le filtre à particules en sens opposé de la pression d'air de la première étape du nettoyage. En particulier, l'air comprimé est soufflé à travers le filtre à particules vers la partie sale (côté moteur). Dans une variante plus spécifique, le filtre à particules est orienté avec la partie sale vers le bas.

La détermination des propriétés de résonance des filtres à particules doit être réalisée au préalable en testant les types les plus importants. Une mesure en ligne peut toujours se révéler nécessaire en raison des différences entre les propriétés de résonance des filtres propres et encrassés.

La mise en œuvre pratique du processus peut s'appuyer sur l'adaptation d'un nettoyeur par impulsions existant. Des modifications sont nécessaires sur le système d'arrivée d'air, l'étanchéité et le logiciel de la machine existante. Certains adaptateurs externes simples devront aussi probablement être construits pour s'adapter aux différentes formes et tailles des PF de voitures. Le PF sera placé dans cet adaptateur et l'ensemble de l'assemblage dans la machine. La mise en oeuvre optimale est évidemment réalisé dans un système spécialement conçu pour exécuter le procédé de la présente invention. Un tel système est par exemple décrit dans les figures 3 à 4, et les figures 5 à 7, mais dans les deux cas, le filtre à particules est monté sur un support permettant au filtre d'être exposés à une fréquence de résonance de structure par des moyens de génération de vibrations à l'intérieur du système et le filtre étant étanches à l'air relié à chaque extrémité à un système de tube avec circulation d'air des moyens pour générer une pression ou le débit d'air sous pression dans le filtre caractérisé en ce que le système de le système de tube avec circulation d'air moyens ont vannes à la fin ou l'autre de filtre à particules par lesquelles à la fois l'orientation et la pression à l'intérieur du filtre peut être réglée.

Un autre objectif de la présente invention est donc de fournir un système de nettoyage d'un filtre à particules, ledit système comprenant : - un dispositif de retenue permettant de maintenir un filtre à particules ; - des ressources en air permettant de générer une pression ou un flux d'air comprimé dans ledit filtre ; - un dispositif d'étanchéité permettant d'avoir un joint hermétique aux deux extrémités du filtre ; - un moyen de générer des vibrations pour soumettre le filtre à une fréquence de résonance structurelle ; et dans lequel ledit système se caractérise par le fait qu'il comprend des vannes aux deux extrémités du filtre à particules permettant de réguler à la fois l'orientation du flux d'air et la pression dans le filtre.

Une représentation schématique d'une configuration possible des vannes à l'extrémité ou l'autre du filtre à particules ai donnée sur la figure 1. Deux ensembles de vannes parallèles fonctionnant respectivement des vannes (16) et (16 ') et les soupapes (17) et (17') permettre de contrôler la direction de l'air sous pression sur le filtre à particules. Par des vannes (18) et (19) à la branche de sortie de la pression sur le filtre peut être contrôlé. Dans la première étape du processus de nettoyage, à savoir dans laquelle le FAP est imposée à la résonance structurelle et sous pression dans une première direction, les vannes (17) et (17’) sont fermées et les vannes (16) et (16’) sont ouverts avec des vannes (18) et (19) à la sortie étant fermées. Dans cette configuration, l'air sous pression passe par la vanne (16) vers une extrémité de la FAP (côté gauche dans la représentation schématique) et évacuer par la vanne (16’) vers les vannes de sortie fermée (18) et (19) avec montée en pression sur le filtre. Dans la deuxième étape de vannes (16) et (16’) sont fermées et les vannes (17) et (17 ') ainsi que la soupape de sortie (19). Dans cette configuration, l'air sous pression passe à travers la soupape (17) vers l'extrémité opposée de la FAP (côté droit dans la représentation schématique) et d'évacuer par la vanne (17’) en direction de vannes de sortie (18) et (19). À la branche de sortie, la vanne (18) et un manomètre (20) sont utilisés pour mesurer l'encrassement du filtre en tant que la différence de pression avec la pression d'entrée au manomètre (21). Pour effacer le filtre de la suie, la vanne de sortie (19) est ouvert au cours de cette deuxième étape du processus de nettoyage. Dans la première étape cette vanne et la vanne (18) sont tous deux fermés. Un tel arbre, dans cette première étape il n'y a aucun écoulement d'air à travers le FAP, il suffit de mettre sous pression et étant sous pression, le filtre est exposé à des vibrations par les moteurs de vibration. Dans la deuxième étape, les vibrations sont fermés par la fermeture de la soupape de moteur à vibrations (14).

Une représentation alternative des vannes à chaque extrémité de la FAP et employé comme illustré dans le mode de réalisation des figures 5 à 7, ai données à la figure 2. Dans ce mode de réalisation la branche alimentant les moteurs de vibration est en fait le même et comprend une soupape (14 ) pour contrôler la pression dans les moteurs à vibrations (10). Dans ce mode de réalisation de la branche l'alimentation des moteurs de vibration comporte en outre un dispositif de lubrification (23) de l'huile dans l'air de cette partie du système pneumatique. Comme dans le système ci-dessus, une autre vanne (15) permet l'ouverture de la deuxième branche de la pression d'alimentation du système pneumatique et / ou un flux d'air sous pression à travers le filtre à particules (PF) dans le figure reffered comme FAP. Une paire de vannes à chaque extrémité permet de contrôler la direction, la pression et le débit de l'air sous pression sur la PF. Dans la première étape des vannes de process de nettoyage à deux phases (25) et (25’) sont fermées, la vanne (24) est ouverte et la vanne (24’) est fermée. De telles cendres de l'air sous pression va passer à travers la vanne (24) vers une extrémité de la FAP (côté droit dans la représentation schématique) avec montée du pression depuis la valve (24’) est fermé. Dans la deuxième étape, les soupapes (24) et (24’) sont fermées et les vannes (25) et (25’) sont ouvertes. Dans cette configuration, l'air comprimé passe à travers la soupape (25) vers l'autre extrémité de la FAP (côté gauche dans la représentation schématique) couler par le filtre et l'évacuation à travers la vanne (25 ') et dans le réceptacle (9). Encore une fois au cours de la première étape, il n'y a pas de circulation de l'air sous pression dans le filtre au cours de ladite première étape, les vibrations de moteurs sont actionnés et mis sous pression par l'ouverture ou la vanne (14) pour déloger les particules du filtre. Dans la deuxième étape, les moteurs vibrants sont fermés par la fermeture de la vanne (14).

Le dispositif de retenue permettant de soutenir le filtre à particules peut comporter tout équipement ou toute structure capable de maintenir le filtre à particules sous pression tout en étant exposé aux vibrations de la fréquence de résonance, sans empêcher ces dernières ni la fourniture des fréquences susmentionnées. Le dispositif de retenue peut par exemple comporter un anneau ou une autre structure permettant d'engrener par friction le filtre à particules. Sinon, le dispositif de retenue peut simplement comporter une surface ayant une ouverture pour soutenir le filtre à particules sur une partie supérieure de celui-ci. Une telle surface peut comporter éventuellement une autre structure telle qu'un dispositif d'engagement, des encoches, des rebords et des angles facilitant une position relativement fixe du filtre à particules par rapport à l'ouverture. Dans une autre variante, le dispositif de retenue permettant de soutenir le filtre à particules peut comporter des éléments structurels engageant le filtre à particules dans un enclenchement par préhension. À partir de ces exemples, il sera évident pour l'artisan compétent qu'une structure alternative permettant une position relativement fixe du filtre par rapport à l'air comprimé entre dans le périmètre admis pour la présente invention. Dans le mode de réalisation représenté dans les figures 5 à 7 le filtre est couché sur un support horizontal (table ou le cadre) avec par exemple des bandes de fixation du filtre sur le support.

Dans l'une ou l'autre desdites configurations, afin d'empêcher l'air de s'échapper, dans une variante privilégiée, le dispositif de retenue comprend en plus un dispositif d'étanchéité permettant d'avoir un joint hermétique aux deux extrémités du filtre. Dans la variante illustrée par les schémas joints 3 et 4, les systèmes comportent actuellement un dispositif de retenue (le chapeau (6) et la table avec mécanisme de levage (8)) serrant le PF en place. Ledit dispositif de retenue comprend un dispositif d'étanchéité fournissant un cheminement hermétique à travers le PF. Dans la variante illustrée, un chapeau raccordé à un manchon de caoutchouc flexible est placé en haut du PF (côté échappement du PF), Le manchon de caoutchouc permet au chapeau de pivoter selon un angle réduit pour permettre une fermeture serrée au niveau de l'entrée du flux d'air pour les orifices d'échappement légèrement coudés. Le côté inférieur (moteur) du PF est placé sur une table comportant une ouverture, cette dernière étant fermée hermétiquement par un anneau en caoutchouc. La taille de l'anneau en caoutchouc peut être adaptée à la taille d'ouverture du PF.

Dans un autre mode de réalisation, comme par exemple utilisé dans les figures 5 à 7, dans lequel le filtre est étendu sur un support horizontal (table ou le cadre), les moyens d'étanchéité (28, 29) font partie du système pneumatique. Pour s'adapter aux différentes tailles et formes de PF pour voiture, ledit dispositif d'étanchéité peut être réglable, par exemple un collier en caoutchouc pour raccordement à double enveloppe ou avec manchon. Sinon, un jeu d'adaptateurs sera disponible pour ajuster les ouvertures du PF des voitures afin qu'elles correspondent aux systèmes d'entrée (et de sortie) d'air du système de nettoyage (appareil) de la présente invention. Dans la variante illustrée, un tel adaptateur peut par exemple consister en un manchon métallique, normalisé à une extrémité pour s'adapter sous le chapeau (6) et construit à l'autre extrémité pour fournir un ajustement coulissant pour une taille donnée d'échappement de PF. La fermeture hermétique à chaque extrémité de la PF peut à nouveau être réalisée à l'aide de dispositifs connus en la matière, par exemple un collier en caoutchouc pour raccordement à double enveloppe (voir les figures 6 et 7).

Comme il ressort de ce qui précède, la présente invention est basée sur l'application lors d'une première étape de fréquences de résonance structurelle au filtre à particules, tout en le maintenant sous une pression orientée dans un sens, suivie d'une deuxième étape lors de laquelle le filtre est exposé à un flux d'air en sens inverse. Ladite méthode et ledit dispositif nécessitent la présence d'un élément générateur de vibrations qui permet d'imposer une fréquence de résonance structurelle au filtre et d'un dispositif permettant de contrôler le sens de la pression sur le filtre. Pour sa mise en application pratique, le système comprend à chaque extrémité du filtre une vanne dans le passage du flux d'air et un moteur vibrant raccordé au dispositif de retenue. Les vannes et le moteur sont connectés à un contrôleur comportant un générateur de signal logiciel, configuré pour contrôler l'ouverture et la fermeture des vannes dans le passage du flux d'air comprimé ainsi que la fréquence de sortie du moteur vibrant sur le filtre. Dans une variante particulière déjà mentionnée auparavant, le moteur vibrant est aligné avec l'axe longitudinal du corps du filtre. Dans une autre une variante, le moteur vibrant est aligné à angle droit par rapport à l'axe longitudinal du corps du filtre. Dans une variante privilégiée, il y a au moins deux moteurs vibrants sur le dispositif de retenue, en particulier des moteurs vibrants pneumatiques, dont au moins un est aligné sur l'axe longitudinal du corps du filtre et au moins un autre est aligné à angle droit par rapport à l'axe longitudinal du corps du filtre. Dans le contexte de l'application instantanée, les moteurs vibrants doivent être capables d'atteindre de hautes fréquences de vibration (au moins quelques centaines de hertz) et avoir une force centrifuge suffisante (au moins 1 900 newtons). Tout moteur vibrant répondant à ces caractéristiques peut être utilisé pour la méthode de la présente invention. Les moteurs vibrants utilisés sont de préférence pneumatiques.

Les vannes placées toutes deux dans le passage de l'air comprimé permettent de commander le sens de la pression d'air sur le filtre. Lors de la première étape, une des vannes est fermée, ce qui provoque une formation de pression dans le filtre dans un sens, mais sans qu'un flux d'air réel passe à travers le filtre. Durant cette première étape et pendant qu'il est sous pression, le filtre est exposé à une fréquence de résonance structurelle pendant un temps suffisant pour en déloger les particules. Utilisé ici comme la fréquence de résonance de structure sont à la première fréquence de résonance, ou à des fréquences harmoniques à valeurs multiples de la fréquence principale du filtre. Principaux fréquences des filtres à partir de 90 Hz à environ 110 Hz. Les fréquences de vibration du moteur de vibration commence même à des valeurs de thèse et jusqu'à 1870 Hz. Dans un mode de réalisation préféré de la fréquence de résonance de structure est à la première ou seconde fréquence harmonique de la fréquence de résonance principale. Dans un mode de réalisation davantage préféré, la fréquence de vibration est dans la plage de 180 à 1870 Hz; démarrage encore plus préférée dans une plage de fréquences de 350 Hz à 1870 Hz; encore plus particulièrement à une fréquence d'environ 1480 Hz. Par référence aux exemples ci-après, durant cette première étape, les principales fréquences des filtres varient de 90 Hz à environ 110 Hz, par conséquent, les fréquences de vibration du moteur vibrant commencent égalent à environ 90 Hz pour atteindre environ 1870 Hz ; encore plus préférée dans une plage de fréquence de 350 Hz à 1870 Hz; encore plus particulièrement à une fréquence d'environ 1480 Hz. La pression dans le filtre est augmentée pour passer d'une pression supérieure à 1 bar et jusqu’au environ 6 bars, plus particulièrement environ 4,5 bars. Dans ces conditions de pression accrue et d'exposition à une fréquence de résonance structurelle, les particules sont délogées efficacement du filtre, constituant une courte première étape entrant dans le périmètre de la méthode de l'invention. Des durées de quelques minutes seulement dans ces conditions sont en effet suffisantes pour déloger les particules du filtre, par exemple, 10 minutes ou en particulier jusqu'à 5 minutes. Dans une variante particulière, lors de la première étape, le moteur vibrant est par example utilisé à une fréquence d'environ 350 Hz ; d'environ 1480 Hz pendant environ 5 minutes pendant que le filtre est maintenu à une pression de 4,5 bars sans flux d'air à travers le filtre. Dans une variante privilégiée, la pression est augmentée vers la partie propre (côté échappement) du filtre. Lors de la deuxième étape, les deux vannes sont ouvertes et un flux d'air est généré à travers le filtre en sens opposé de la pression de la première étape. La chute soudaine de pression ajoute au flux d'air à travers le filtre une suppression rapide, presque instantanée et complète des particules détachées du filtre. Le flux d'air comprimé de cette deuxième étape est appliqué au maximum à environ 2 bars pendant 5 minutes, notamment environ 1,5 bar pendant 2 minutes.

Dans le système de la présente invention, le contrôleur des vannes et le dispositif de génération des vibrations peuvent être utilisés selon un schéma de boucle ouverte ou fermée. Dans le système à boucle ouverte de la figure 3, les valeurs de la fréquence désirée sont simplement définies dans le contrôleur en fonction du filtre à nettoyer. La définition des fréquences désirées peut être réalisée par le biais d'une interface utilisateur, mais peut également découler des adaptateurs utilisés pour monter un PF donné dans le système. Dans ce cas, les adaptateurs ont des points de reconnaissance dépendant de leur dimension qui, en interaction avec le reste de l'appareil de nettoyage, permettent au contrôleur de reconnaître les dimensions du PF en place et de configurer les valeurs de fréquence dudit PF. Dans leur forme la plus simple, ces points de reconnaissance dépendant des dimensions peuvent comporter des éléments de contact présents sur l'adaptateur et qui, selon les dimensions du PF, seront uniques dans leur interaction avec les éléments de contact présents sur le reste de l'appareil de nettoyage. Donc, dans une autre variante de la présente invention, le système comprend en outre des points de reconnaissance dépendant des dimensions du PF. Dans un schéma en boucle fermée, les valeurs de fréquence initiales d'un PF donné sont définies de manière similaire, mais dans ce cas, le système comprend en outre une boucle de feed-back ajustant en permanence les paramètres de fréquence du contrôleur selon les mesures des fréquences structurelles du filtre pendant son nettoyage. Dans ladite variante, les fréquences structurelles du filtre sont mesurées en déterminant le niveau de vibrations du filtre, en utilisant par exemple un accéléromètre (11) monté à l'extérieur du PF. Le nombre et la position du ou des accéléromètres ne sont aucunement limités et un exemple de configuration est présenté sur la Figure 4. Les valeurs du ou des accéléromètres sont ensuite renvoyées au microcontrôleur. Avec ce feed-back, il est possible de trouver la fréquence optimale : en faisant varier la fréquence sur une bande de fréquences autour de la résonance attendue et en déterminant l'excitation maximale. Cette fréquence (structurelle) trouvée deviendra alors la nouvelle fréquence pilote (structurelle). Cette méthode peut donner de meilleurs résultats que la boucle ouverte, parce que les propriétés de résonance peuvent fluctuer un peu en raison du niveau de cendres accumulé et autres. Le signal de feed-back peut aussi être utilisé pour surveiller le niveau des vibrations en vue d'éviter les dommages ou à des fins de diagnostic. Un objectif de la présente invention est par conséquent de fournir une méthode de nettoyage d'un filtre spécifique, ladite méthode comprenant la mesure du niveau des vibrations du filtre. Un autre aspect de la présente invention est par conséquent de fournir un système de nettoyage d'un filtre à particules, ladite méthode comprenant un dispositif de mesure du niveau des vibrations du filtre.

Par référence aux variantes illustrées, le système de nettoyage de la présente invention peut en outre comporter un dispositif de collecte tel qu'un bac à cendres (9) pour les particules détachées du filtre pendant le traitement. L'invention a été décrite et illustrée en faisant référence aux variantes des Figures 1 et 2, mais il faut considérer que les caractéristiques de l'invention sont susceptibles d'être modifiées ou remplacées sans s'écarter sensiblement de l'esprit de l'invention. Par exemple, la forme et la taille des divers éléments tels que le réservoir à air comprimé, le connecteur flexible, le chapeau, la table, etc., peuvent être modifiées pour s'adapter à des applications spécifiques. Par conséquent, les variantes spécifiques illustrées et décrites dans le présent document ont un but d'illustration uniquement et l'invention ne s'y limite pas, sauf pour les revendications suivantes et leurs équivalents.

EXEMPLES

Mesure de l'encrassement du filtre D'abord, la perte de pression à travers un filtre à particules neuf a été mesurée et déterminée comme étant la pression différentielle ou résiduelle (Pdiaphragme) à la sortie du flux d'air comprimé. La mesure a été effectuée avec différentes pressions d'entrée (Pin). En outre, nous avons systématiquement relevé les pressions dans les deux sens du flux d'air. Le sens nommé « Sens normal » est le sens habituel d'écoulement des gaz d'échappement.

Les valeurs suivantes (Tableau 1) ont été constatées :

Il faut noter que la pression différentielle est nettement supérieure dans le sens opposé, « Sens inverse ». Cela peut être dû à la géométrie du filtre et/ou du circuit d'alimentation.

Nous avons ensuite répété cette mesure sur un filtre sale. Il n'a pas été possible d'augmenter la pression d'entrée à plus de 2 bars, nous avons donc arrêté à 1 900 mbar.

Les valeurs suivantes (Tableau 2) ont été constatées :

Dans la représentation graphique des Figures 3 (sens normal) et 4 (sens inverse), nous avons interpolé la valeur de 1 900 mbar pour le filtre neuf. Dans ces graphiques, nous pouvons voir que l'écart entre le filtre neuf et le filtre sale commence par indiquer 1 500 Mbar de pression d'entrée (en sens inverse) et qu'il est important dans les deux sens à partir de 1 900 mbar.

Nettoyage du filtre

Pour nettoyer le filtre, deux actions sont nécessaires : vibrations et soufflage

Les vibrations délogent les particules du filtre et le soufflage les évacue. Il n'a pas été nécessaire de souffler d'air pendant la phase de vibrations.

Le traitement suivant a été appliqué : 1) 5 minutes de vibrations avec une pression d'arrivée d'air de 4,5 bars (fréquence des moteurs vibrants = 350 Hz) ; 2) 2 minutes de soufflage, pression d'arrivée d'air entre 500 mbar et 1 bar dans le PF.

Après nettoyage, la pression différentielle du filtre a été mesurée à une pression d'arrivée de 1 900 mbar dans les deux sens. Comme le démontre le tableau ci-dessous (Tableau 3), la méthode de nettoyage selon l'invention s'appuie simplement sur un protocole en deux étapes lors duquel, durant la première phase, le filtre est soumis à des vibrations en étant sous pression, mais sans souffler d'air pendant la phase de vibration, suivie d'une phase d'évacuation durant laquelle les particules délogées sont soufflées hors du filtre. C'est indéniablement suffisant pour ramener le filtre à son état neuf. La méthode de nettoyage peut être éventuellement répétée pendant plusieurs cycles.

liste des fonctionnalités 1 Vanne d'entrée 35 16, 16 paire de vannes pour contrôler 2 réservoir d'air sous pression l'orientation et de la pression sur le filtre 3 rapide valve d'acteur au côté moteur 17, 17 'paire de vannes pour contrôler 4 microcontrôleur l'orientation et de la pression sur le filtre 5 raccord flexible 18 mesure de soupape de sortie 6 hotte 40 19 vanne de sortie 19 d'évacuation 7 Filtre de particules 20 jauge de calibration apres le filtre 8 Tableau de levage 21 jauge devant le filtre 9 cendres réceptacle 22 Unité de traitement de l'air 10 Moteur de vibration 23 graisseur 11 accéléromètre 45 24, 24 paire de vannes pour contrôler 12 rapide valve d'acteur au côté l'orientation et de la pression sur le filtre échappement 25, 25 paire de vannes pour contrôler 13 jauge du branche moteur de vibration l'orientation et de la pression sur le filtre 14 vanne du branche moteur du vibration 26 Filtre de traitement de l'air 15 ouverture vanne du branche PF 50 27 Régulateur de pression de traitement de l'air 28 moyens d'étanchéité à une extrémité de 100 compresseur la PF Côté 102 d'échappement 29 moyens d'étanchéité à l'autre bout de la Côté 103 du moteur

PF

Claims

REVENDICATIONS

1. Une méthode en deux étapes de nettoyage d'un filtre à particules comprenant : - une première étape soumettant le filtre à une fréquence de résonance structurelle en même temps qu'à une pression d'air accrue dans un premier sens, et - une deuxième étape soumettant le filtre à un flux d'air en sens inverse de la première étape, caractérise en ce qu'il n'y a pas de flux d'air dans le filtre lors de la première étape.
2. La méthode correspondant à la revendication 1, dans laquelle la fréquence de résonance structurelle est la première fréquence de résonance.
3. La méthode correspondant aux revendications 1 et 2, dans laquelle les fréquences de résonance structurelles sont imposées au filtre au moyen d'un moteur vibrant, en particulier un moteur vibrant pneumatique.
4. La méthode correspondant à la revendication 3, dans laquelle il y a au moins deux moteurs vibrants, en particulier des moteurs vibrants pneumatiques, dont au moins un est aligné avec l'axe longitudinal du corps du filtre et au moins un autre est aligné à angle droit par rapport à l'axe longitudinal du corps du filtre.
5. La méthode correspondant à une des revendications 3 à 4, dans laquelle la fréquence de vibration des moteurs vibrants est dans la plage de 90 à 440 Hz, notamment la fréquence de 350 Hz.
6. La méthode correspondant à une des revendications 1 à 5, dans laquelle la pression d'air dans le filtre est augmentée pour passer d'une pression supérieure à 1 bar et jusqu’au environ 6 bars, plus particulièrement environ 4,5 bars.
7. La méthode correspondant à une des revendications 1 à 6, dans laquelle le flux d'air est comprimé selon des valeurs pouvant atteindre environ 2 bars, notamment environ 1,5 bar.
8. La méthode correspondant à une des revendications 1 à 7, dans lequel le filtre à particules est un filtre à particules diesel (DPF) ou de l'essence avec filtre à particules (GFP), plus particulièrement DPF une voiture ou une GFP de voiture.
9. La méthode correspondant à la revendication 8, dans laquelle la pression est augmentée vers la partie propre (côté échappement) du filtre.
10. La méthode correspondant à la revendication 8, dans laquelle le flux d’air est dirigé vers la partie sale (côté moteur) du filtre.
11. La méthode correspondant à la revendication 8, dans laquelle le filtre est orienté avec la partie sale (côté moteur) vers le bas.
12. Un système de nettoyage d'un filtre à particules comprenant : - un dispositif de retenue permettant de soutenir un filtre à particules ; - des ressources en air permettant de générer une pression ou un flux d'air comprimé dans ledit filtre ; - un dispositif d'étanchéité permettant d'avoir un joint hermétique aux deux extrémités du filtre ; - un moyen de générer des vibrations pour soumettre le filtre à une fréquence de résonance structurelle ; et dans lequel ledit système se caractérise par le fait qu'il comprend des vannes aux deux extrémités du filtre à particules permettant de réguler à la fois l'orientation du flux d'air et la pression dans le filtre.
13. Le système correspondant à la revendication 12, dans laquelle le dispositif de génération des vibrations inclut un moteur vibrant raccordé au dispositif de retenue.