EP1300553A1 - Système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion - Google Patents

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EP1300553A1
EP1300553A1 EP02292456A EP02292456A EP1300553A1 EP 1300553 A1 EP1300553 A1 EP 1300553A1 EP 02292456 A EP02292456 A EP 02292456A EP 02292456 A EP02292456 A EP 02292456A EP 1300553 A1 EP1300553 A1 EP 1300553A1
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EP
European Patent Office
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inlet
channels
walls
block
cathode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02292456A
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German (de)
English (en)
Inventor
Sabine Calvo
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Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/027—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means
    • F01N3/0275—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means using electric discharge means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0892—Electric or magnetic treatment, e.g. dissociation of noxious components

Definitions

  • the invention relates to a gas treatment system. combustion engine exhaust.
  • the invention relates more particularly to a system of exhaust gas treatment of a combustion engine, type which has a processing element arranged in a exhaust line, the processing element comprising at least a block which is crossed by the exhaust gases in a longitudinal direction and which includes an alignment of channels parallel longitudinal inlet and outlet, each channel inlet and outlet with at least two walls longitudinal and horizontal, respectively upper and lower, and having two longitudinal side walls and vertical, of the type in which each input channel is open to its upstream longitudinal end and closed at its end longitudinal downstream, each outlet channel being inversely closed at its upstream longitudinal end and open at its downstream longitudinal end, of the type in which the channels input and output are alternately attached to each other others by their side walls so that the gases exhaust enter the block through the ends longitudinal upstream of the inlet channels to exit the block by the downstream longitudinal ends of the outlet channels, in passing through the side walls which are porous, of the type in which the processing system includes a system of production of high voltage and low electrical discharges intensity between anodes which extend substantially longitudinally inside the processing element and at at least one ca
  • Diesel and petrol engines emit substances pollutants such as unburnt hydrocarbons, oxides nitrogen, carbon oxides and particles in the case of diesel engines.
  • pollutants such as unburnt hydrocarbons, oxides nitrogen, carbon oxides and particles in the case of diesel engines.
  • particulate emissions by engines current diesel is possible thanks to the introduction into the line exhaust from these engines a particulate filter as it has already proposed in the state of the art. These are often adapted to trap particles or "soot" contained in exhaust from these engines and to burn them during a filter regeneration phase. Different strategies regeneration are available in the literature, making reference for example at the post injection of fuel to reach the soot combustion temperature (600 ° C minimum), or again for example to additional heating means placed upstream of the particle filter.
  • the present invention proposes the use of the non-thermal plasma technology in a material catalytic and / or filtering to aid in the treatment of pollutants gas contained in a gasoline engine exhaust or diesel, and among others to the oxide reduction catalysis nitrogen, and / or to induce the combustion of soot trapped in a filter placed in an exhaust line of a petrol engine or diesel.
  • This technology consists of forming species metastables, radicals and highly reactive ions by collision between the gas molecules and the energetic electrons produced by electric shocks, and this without raising the temperature of the reaction medium.
  • Metastable, radical and strongly electron species energy products are promoters of reduction chemical, for example nitrogen oxides and particles of soot, by direct interactions of these lifelong species very short with pollutants.
  • This type of device includes minus a filter block placed between the two electrodes of the plasma discharge reactor.
  • This block is generally of rectangular shape and it is crossed by the exhaust gases in a direction longitudinal.
  • the block has filtration channels longitudinal which are joined to each other at the level of their longitudinal walls so as to present a structure of the "honeycomb" type.
  • the block being placed between the two electrodes of the reactor with plasma discharges, electric discharges occur in all filtration channels, crossing certain walls.
  • the present invention provides a processing system in which electric shocks only form in the canals covered with soot.
  • the invention therefore provides a gas treatment system exhaust of the type described above, characterized in that at least one anode is associated with each input channel, and is arranged either inside an inlet channel or on the face exterior of a horizontal wall of an inlet channel, this wall being opposite the horizontal wall of the nearby inlet channel of which the cathode is arranged, so that the discharges only form in the input channels.
  • FIG. 1 shows a processing system 10 of the exhaust gases "G" of a combustion engine 12.
  • the engine 12 can in particular be a diesel engine or a gasoline operating in a lean mixture such as a gasoline with direct injection.
  • An exhaust line 14 allows the evacuation of gases "G” from the engine to the atmosphere.
  • the treatment system 10 intended to purify the exhaust gases "G” is interposed in the line 14. It mainly consists of a processing element 16 arranged in a room 18.
  • the processing system 10 also includes a system of production of electric shocks 20.
  • the system for producing electric shocks 20 comprises a pulse generator 22 connected to anodes 24 and at least one cathode 26 which are arranged in the line exhaust 14 so that electric shocks from high voltage and low intensity occur between anode 24 and cathode 26.
  • the technology used is that of plasmas not thermal.
  • electric shocks are produced at a frequency that can range from a single shot to several tens of kHz for a high applied voltage (up to several tens of kV) between the anode (s) and the cathode (s), and they consist of high current pulses (up to several kA) and of short duration.
  • Electric shocks are produced so that they propagate in the exhaust gases "G" to treat soot and produce oxidative activated species favoring the combustion of particles.
  • the pulse generator 22 supplies the anode 24, located inside the treatment element 16, under a high voltage, and the cathode 26, arranged at the periphery of the processing element 16 is connected to the electrical ground of the system.
  • FIGS. 2 and 3 show a system of gas treatment 10 "G" arranged in a chamber 18 of the exhaust line 14.
  • the processing system 10 comprises a processing element 16 and a system for producing electric shocks 20.
  • the processing element comprises at least one block 28 which is crossed by the exhaust gases "G" in a direction longitudinal.
  • Block 28 has an alignment of longitudinal channels parallel inlet 30 and longitudinal outlet channels 32. These input and output channels 30, 32 are here in the form substantially rectangular with rectangular section.
  • Each input and output channel 30, 32 thus comprises two longitudinal and horizontal walls 34i, 34s, respectively upper and lower, and it has two side walls longitudinal and vertical 36.
  • Each input channel 30 is open at its end upstream longitudinal 38a and is closed at its longitudinal end downstream 38b, conversely, each output channel 32 is closed at its upstream longitudinal end 38a and is open at its end downstream longitudinal 38b.
  • Input and output channels 30, 32 are alternately joined to each other by their walls side 36 adjacent.
  • the side walls 36 are porous of so that the exhaust gases "G" enter the block 28 by the upstream longitudinal ends 38a of the inlet channels 30 to come out of the block 28 via the downstream longitudinal ends 38b of the outlet channels 32, passing through the side walls porous 36.
  • Each cathode 26 consists of a conductive plate substantially horizontal. It is arranged in a plan substantially horizontal outside the block 28 and near the lower or upper walls 34i, 34s of the inlet channels 30. Preferably, the cathode 26 covers all of the walls 34i, 34s of the input and exit 30, 32.
  • the cathode 26 is a network of conductive wires that extend longitudinally and which cover all the walls 34i, 34s of the input and exit 30, 32.
  • the anodes 24 are cylindrical rods which extend longitudinally inside the processing element 16. According to the invention, so that the electric shocks only form in soot-covered canals (i.e. the input channels 30), the anodes 24 are associated exclusively at input channels 30.
  • each anode 24 is arranged either inside a inlet channel 30, either on an outer face 40 of a wall lower 34i or higher 34s of an input channel 30.
  • This wall is opposite to the wall covered by the cathode 26.
  • the cathode 26 covers the upper wall 34s of an input channel 30
  • the anode 24 is located on the face outside 40 of the bottom wall 34i of the inlet channel 30.
  • At least one anode 24 is associated with each input channel 30.
  • the processing element includes two blocks 28s and 28i which are vertically superimposed.
  • the cathodes 26 cover the upper walls 34s of the inlet and outlet channels 30, 32 of the upper block 28s and the lower walls 34i of the channels input and output 30, 32 of the lower block 28i.
  • the anodes 24 are then interposed between the two blocks 28s and 28i and each is located on the upper wall 34s of the inlet channel 30 associated with the lower block 28i and on the wall 34i of the associated input channel 30 of the upper block 28s.
  • the two blocks 28s and 28i are superimposed so that the bottom wall 34i of an inlet channel 30 of the upper block 28s either facing the upper wall 34s of an inlet channel 30 of the lower block 28i.
  • the processing element 16 has a single block 28.
  • the lower and upper walls 34i, 34s of input and output channels 30, 32 each receive at least a cathode 26, and each anode 24 is located inside the associated input channel 30.
  • each anode 24 is less than or equal to the transverse width of the associated inlet channel 30. So the electric shocks occur in the entire volume inside the inlet channel 30.
  • the element intermediate can be of the same nature as the input channels and outlet 30, 32 and its thickness is at least equal to anode diameter 24.
  • the intermediate element 42 is disposed between the two blocks 28 and it is connected to the input and output channels 30, 32.
  • the intermediate element 42 is disposed between the walls side 36 of each input channel 30. It is obvious that when the diameter of the anodes 24 is equal to the width transverse of the inlet channels 30, the processing element 16 does not have an intermediate element 42 and the anodes 24 are attached to the processing element 16 for example at their longitudinal ends.
  • the distance between the electrodes depends on the characteristics of the filter material. However, this distance must be less than or equal to a maximum distance "d" allow a uniform formation of discharges.
  • the anodes 24 are arranged substantially equidistant between the lower walls and upper 34i, 34s of the associated input channel 30.
  • the distance between the lower and upper walls 34i, 34s of the input channel is double the distance "d".
  • the distance "d” can be reduced and it can therefore limit the effectiveness of a treatment element 16.
  • the system 10 has a vertical stack of elements of processing 16. The stack is such that two elements of treatment 16 adjacent have a common cathode.
  • the processing element 16 When the processing element 16 is saturated, that is to say the quantity of particles stored is greater than a threshold predetermined, its regeneration is initiated.
  • the loading state of the particulate filter 16 can be determined by a differential pressure measurement sensor, not shown, which provides the value of the pressure drop produced by the particulate filter 16 between the inlet and the outlet of the room 18. When the value of the pressure drop is greater than a predetermined value, this means that the filter 16 is saturated, its regeneration is then initiated.
  • the generator of pulses 22 produces electrical discharges which are homogeneously distributed in the processing element 16.
  • the homogeneous distribution of discharges in the treatment element 16 is mainly due to the symmetry of the system formed by the processing element 16, the anode 24 and the cathode 26
  • a strip of wool thermal 44 can be arranged between the inner wall of the chamber 18 and cathode 26.
  • the thermal wool band 44 makes it possible to produce a mechanical decoupling between the wall of the chamber 18 and the processing element 16.
  • it provides insulation treatment element 16 so as to limit the temperature of the external face of the wall of the chamber 18, and at favor the rise in temperature inside the element of treatment 16, which further facilitates system regeneration treatment 10.
  • anodes 24 can be arranged at the outside of the treatment element 16 and the cathodes can be arranged inside the processing element 16.
  • the invention therefore allows filtration of exhaust gases. "G” by the use of a particle filter which includes means for its regeneration, these means of regeneration allowing the combustion of trapped particles, without damage the particulate filter components, which prevents the user of the vehicle that includes this device, any concerns About the maintenance of the particulate filter.

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Abstract

L'invention propose un système de traitement (10) de gaz d'échappement (G), du type qui comporte un élément de traitement (16) qui est traversé par les gaz d'échappement (G) et qui comporte un alignement de canaux d'entrée et de sortie (30, 32), chaque canal (30, 32) comportant des parois, respectivement supérieure et inférieure (34s, 24i), le système de traitement comportant un système de production de décharges électriques (20) entre des anodes (24) et une cathode (26) qui est agencée à l'extérieur de l'élément de traitement (16) dans un plan sensiblement horizontal, caractérisé en ce que une anode (24) est associée à chaque canal d'entrée (30), et est agencée soit à l'intérieur d'un canal d'entrée (30), soit sur une paroi horizontale (34s, 34i) d'un canal d'entrée (30), qui est opposée à la paroi horizontale (34s, 34i) à proximité de laquelle est agencée la cathode (26), pour que les décharges électriques se forment uniquement dans les canaux d'entrée (30).

Description

L'invention concerne un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion.
L'invention concerne plus particulièrement un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, du type qui comporte un élément de traitement disposé dans une ligne d'échappement, l'élément de traitement comportant au moins un bloc qui est traversé par les gaz d'échappement suivant une direction longitudinale et qui comporte un alignement de canaux longitudinaux parallèles d'entrée et de sortie, chaque canal d'entrée et de sortie comportant au moins deux parois longitudinales et horizontales, respectivement supérieure et inférieure, et comportant deux parois latérales longitudinales et verticales, du type dans lequel chaque canal d'entrée est ouvert à son extrémité longitudinale amont et fermé à son extrémité longitudinale aval, chaque canal de sortie étant inversement fermé à son extrémité longitudinale amont et ouvert à son extrémité longitudinale aval, du type dans lequel les canaux d'entrée et de sortie sont alternativement accolés les uns aux autres par leurs parois latérales de manière que les gaz d'échappement entrent dans le bloc par les extrémités longitudinales amont des canaux d'entrée pour ressortir du bloc par les extrémités longitudinales aval des canaux de sortie, en traversant les parois latérales qui sont poreuses, du type dans lequel le système de traitement comporte un système de production de décharges électriques de forte tension et de faible intensité entre des anodes qui s'étendent sensiblement longitudinalement à l'intérieur de l'élément de traitement et au moins une cathode qui est agencée dans au moins un plan sensiblement horizontal à l'extérieur du bloc et à proximité des parois horizontales des canaux d'entrée, en vue de provoquer la formation d'espèces chimiques favorables à la régénération de l'élément de traitement.
Les moteurs diesel et essence émettent des substances polluantes telles que des hydrocarbures imbrûlés, des oxydes d'azote, des oxydes de carbone et des particules dans le cas des moteurs diesel. On sait que l'une des préoccupations majeures des équipementiers et des constructeurs de véhicules automobiles est la réduction de la pollution résultant du fonctionnement de ces moteurs.
Différentes solutions techniques ont donc été envisagées pour tenter de réduire les niveaux de pollution de ces moteurs.
Le traitement des particules des émissions par les moteurs diesel actuels est possible grâce à l'introduction dans la ligne d'échappement de ces moteurs d'un filtre à particules comme il a déjà été proposé dans l'état de la technique. Ceux-ci sont souvent adaptés pour piéger les particules ou "suies" contenues dans les gaz d'échappement de ces moteurs et pour les brûler lors d'une phase de régénération du filtre. Différentes stratégies de régénération sont disponibles dans la littérature, faisant référence par exemple à la post-injection de carburant pour atteindre la température de combustion des suies (600°C au minimum), ou encore par exemple à des moyens additionnels de chauffage placés en amont du filtre à particules.
La présente invention propose l'utilisation de la technologie des plasmas non thermiques dans un matériau catalytique et/ou filtrant afin d'aider au traitement des polluants gazeux contenus dans un échappement moteur essence ou diesel, et entre autres à la catalyse de réduction des oxydes d'azote, et/ou afin d'induire la combustion des suies piégées dans un filtre placé dans une ligne d'échappement d'un moteur essence ou diesel.
Cette technologie consiste à former des espèces métastables, des radicaux et des ions très réactifs par collision entre les molécules de gaz et les électrons énergétiques produits par les décharges électriques, et ceci sans élévation de la température du milieu réactionnel.
Les caractéristiques physiques des décharges électriques varient selon l'application visée, les consommations et les niveaux de conversions requis pour les applications moteur, notamment de véhicule automobile (fréquence, tension et intensité variables).
Les espèces métastables, radicaux et électrons fortement énergétiques produits sont des agents promoteurs de la réduction chimique, par exemple des oxydes d'azote et des particules de suies, par interactions directes de ces espèces à durée de vie très courte avec les polluants.
Il est connu d'associer un filtre à particules avec un réacteur à décharges plasma. Ce type de dispositif comporte au moins un bloc filtrant disposé entre les deux électrodes du réacteur à décharges plasma.
Ce bloc est généralement de forme parallélépipédique et il est traversé par les gaz d'échappement suivant une direction longitudinale. Le bloc comporte des canaux de filtration longitudinaux qui sont accolés les uns aux autres au niveau de leurs parois longitudinales de façon à présenter une structure du type en "nid d'abeilles".
Le bloc étant disposé entre les deux électrodes du réacteur à décharges plasma, les décharges électriques se produisent dans tous les canaux de filtration, en traversant certaines parois.
Il en résulte alors une possible dégradation des parois traversées par les décharges électriques. De plus, les décharges traversent l'ensemble des canaux de filtration, y compris ceux non recouverts de suies, ce qui est inutile et réduit l'efficacité du dispositif
La présente invention propose un système de traitement dans lequel les décharges électriques ne se forment que dans les canaux recouverts de suie.
L'invention propose donc un système de traitement des gaz d'échappement du type décrit précédemment, caractérisé en ce que au moins une anode est associée à chaque canal d'entrée, et est agencée soit à l'intérieur d'un canal d'entrée, soit sur la face extérieure d'une paroi horizontale d'un canal d'entrée, cette paroi étant opposée à la paroi horizontale du canal d'entrée à proximité de laquelle est agencée la cathode, de sorte que les décharges électriques se forment uniquement dans les canaux d'entrée.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
  • chaque cathode est un réseau de fils conducteurs qui s'étendent longitudinalement et qui recouvrent l'ensemble des parois horizontales des canaux d'entrée et de sortie ;
  • chaque cathode est une plaque conductrice sensiblement horizontale, recouvrant l'ensemble des parois horizontales des canaux d'entrée et de sortie ;
  • l'élément de traitement comporte deux blocs qui sont superposés verticalement, de sorte que la paroi inférieure de chaque canal d'entrée du bloc supérieur soit sensiblement en vis-à-vis de la paroi supérieure d'un canal d'entrée du bloc inférieur, et en ce que les faces extérieures des parois supérieures des canaux d'entrée du bloc supérieur et les faces extérieures des parois inférieures des canaux d'entrée du bloc inférieur reçoivent chacune au moins une cathode, et en ce que les anodes sont interposées entre les deux blocs ;
  • les parois horizontales des canaux d'entrée reçoivent chacune au moins une cathode ;
  • chaque anode est agencée sensiblement à équidistance des parois horizontales du canal d'entrée associé ;
  • il est constitué d'une superposition verticale d'éléments de traitement et en ce que deux éléments de traitement adjacents comportent une cathode commune.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés parmi lesquels :
  • la figure 1 représente schématiquement une ligne d'échappement d'un moteur à combustion équipée d'un système de traitement des gaz d'échappement conforme à l'invention ;
  • la figure 2 représente, de façon schématique et en perspective, un système de traitement des gaz d'échappement conforme à l'invention ;
  • la figure 3 est une vue axiale en bout de l'extrémité amont du système de traitement conforme à l'invention ;
  • la figure 4 représente, de façon schématique et en perspective, une variante de réalisation du système de traitement conforme à l'invention ; et
  • la figure 5 représente, de façon schématique et en perspective, une autre variante d'un système de traitement conforme à l'invention.
On a représenté sur la figure 1 un système de traitement 10 des gaz d'échappement "G" d'un moteur à combustion 12. Le moteur 12 peut notamment être un moteur diesel ou un moteur à essence fonctionnant en mélange pauvre tel qu'un moteur à essence à injection directe.
Une ligne 14 d'échappement permet l'évacuation des gaz "G" du moteur vers l'atmosphère. Le système de traitement 10 destiné à purifier les gaz d'échappement "G" est interposé dans la ligne 14. Il se compose principalement d'un élément de traitement 16 agencé dans une chambre 18.
Le système de traitement 10 comporte aussi un système de production de décharges électriques 20.
Le système de production de décharges électriques 20 comporte un générateur d'impulsions 22 relié à des anodes 24 et à au moins une cathode 26 qui sont agencées dans la ligne d'échappement 14 de sorte que des décharges électriques de forte tension et de faible intensité se produisent entre l'anode 24 et la cathode 26.
La technologie utilisée est celle des plasmas non thermiques.
Par conséquent, les décharges électriques sont produites à une fréquence pouvant aller du monocoup à plusieurs dizaines de kHz pour une forte tension appliquée (jusqu'à plusieurs dizaines de kV) entre la ou les anodes et la ou les cathodes, et elles consistent en des impulsions de courant de forte intensité (jusqu'à plusieurs kA) et de courte durée.
Les décharges électriques sont produites de façon qu'elles se propagent dans les gaz d'échappement "G" pour traiter les suies et produire des espèces activées oxydantes favorisant la combustion des particules.
Pour des raisons de sécurité, notamment pour limiter le risque de court-circuits, le générateur d'impulsions 22 alimente l'anode 24, située à l'intérieur de l'élément de traitement 16, sous une tension élevée, et la cathode 26, agencée à la périphérie de l'élément de traitement 16, est reliée à la masse électrique du système.
On a représenté sur les figures 2 et 3 un système de traitement 10 des gaz "G" agencé dans une chambre 18 de la ligne d'échappement 14. Le système de traitement 10 comporte un élément de traitement 16 et un système de production de décharges électriques 20.
L'élément de traitement comporte au moins un bloc 28 qui est traversé par les gaz d'échappement "G" suivant une direction longitudinale.
Le bloc 28 comporte un alignement de canaux longitudinaux parallèles d'entrée 30 et de canaux longitudinaux de sortie 32. Ces canaux d'entrée et de sortie 30, 32 sont ici de forme sensiblement parallélépipédique à section rectangulaire.
Chaque canal d'entrée et de sortie 30, 32 comporte ainsi deux parois longitudinales et horizontales 34i, 34s, respectivement supérieure et inférieure, et il comporte deux parois latérales longitudinales et verticales 36.
Chaque canal d'entrée 30 est ouvert à son extrémité longitudinale amont 38a et est fermé à son extrémité longitudinale aval 38b, inversement, chaque canal de sortie 32 est fermé à son extrémité longitudinale amont 38a et est ouvert à son extrémité longitudinale aval 38b.
Les canaux d'entrée et de sortie 30, 32 sont alternativement accolés les uns aux autres par leurs parois latérales 36 adjacentes. Les parois latérales 36 sont poreuses de manière que les gaz d'échappement "G" entrent dans le bloc 28 par les extrémités longitudinales amont 38a des canaux d'entrée 30 pour ressortir du bloc 28 par les extrémités longitudinales aval 38b des canaux de sortie 32, en traversant les parois latérales poreuses 36.
Lorsque les gaz "G" passent des canaux d'entrée 30 pour aller dans les canaux de sortie 32 en traversant les parois latérales 36, les particules de suie sont retenues par les parois latérales 36 à l'intérieur des canaux d'entrée 30. La quasi totalité des suies est ainsi contenue dans les seuls canaux d'entrée 30, notamment sur les faces intérieures de leurs parois.
Chaque cathode 26 consiste en une plaque conductrice sensiblement horizontale. Elle est agencée dans un plan sensiblement horizontal à l'extérieur du bloc 28 et à proximité des parois inférieures ou supérieures 34i, 34s des canaux d'entrée 30. Préférentiellement, la cathode 26 recouvre l'ensemble des parois inférieures ou supérieures 34i, 34s des canaux d'entrée et de sortie 30, 32.
Selon une variante non représentée de l'invention, la cathode 26 est un réseau de fils conducteurs qui s'étendent longitudinalement et qui recouvrent l'ensemble des parois inférieures ou supérieures 34i, 34s des canaux d'entrée et de sortie 30, 32.
Les anodes 24 sont des tiges cylindriques qui s'étendent longitudinalement à l'intérieur de l'élément de traitement 16. Conformément à l'invention, pour que les décharges électriques ne se forment que dans les canaux recouverts de suies (c'est-à-dire les canaux d'entrée 30), les anodes 24 sont associées exclusivement aux canaux d'entrée 30.
Ainsi, chaque anode 24 est disposée soit à l'intérieur d'un canal d'entrée 30, soit sur une face extérieure 40 d'une paroi inférieure 34i ou supérieure 34s d'un canal d'entrée 30. Cette paroi est opposée à la paroi recouverte par la cathode 26. Ainsi, par exemple, lorsque la cathode 26 recouvre la paroi supérieure 34s d'un canal d'entrée 30, l'anode 24 est située sur la face extérieure 40 de la paroi inférieure 34i du canal d'entrée 30.
Par ailleurs, pour que la régénération de l'élément de traitement 16 soit totale, au moins une anode 24 est associée à chaque canal d'entrée 30.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 2 et 3, l'élément de traitement comporte deux blocs 28s et 28i qui sont superposés verticalement.
Dans ce mode de réalisation, les cathodes 26 recouvrent les parois supérieures 34s des canaux d'entrée et de sortie 30, 32 du bloc supérieur 28s et les parois inférieures 34i des canaux d'entrée et de sortie 30, 32 du bloc inférieur 28i.
Les anodes 24 sont alors interposées entre les deux blocs 28s et 28i et chacune est située sur la paroi supérieure 34s du canal d'entrée 30 associé du bloc inférieur 28i et sur la paroi inférieure 34i du canal d'entrée 30 associé du bloc supérieur 28s.
Les deux blocs 28s et 28i sont superposés de sorte que la paroi inférieure 34i d'un canal d'entrée 30 du bloc supérieur 28s soit en vis-à-vis de la paroi supérieure 34s d'un canal d'entrée 30 du bloc inférieur 28i.
Ceci permet d'éviter qu'un canal de sortie 32 d'un bloc 28s ou 28i ne soit compris entre une cathode 26 associée à ce même bloc 28s ou 28i et une anode 24 associée à un canal d'entrée 30 de l'autre bloc 28i ou 28s. Dans cette hypothèse, il serait alors en effet possible que des décharges électriques se produisent dans le canal de sortie 32, ce qui est contraire au but de l'invention.
Selon un second mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 4 et 5, l'élément de traitement 16 comporte un seul bloc 28.
Ainsi, les parois inférieures et supérieures 34i, 34s des canaux d'entrée et de sortie 30, 32 reçoivent chacune au moins une cathode 26, et chaque anode 24 est située à l'intérieur du canal d'entrée 30 associée.
Le diamètre de chaque anode 24 est inférieur ou égal à la largeur transversale du canal d'entrée 30 associé. Ainsi les décharges électriques se produisent dans la totalité du volume intérieur du canal d'entrée 30.
Le maintien des anodes 24 dans les éléments de traitement est assuré par un élément intermédiaire 42. L'élément intermédiaire peut être de même nature que les canaux d'entrée et de sortie 30, 32 et son épaisseur est au moins égale au diamètre des anodes 24.
Lorsque l'élément de traitement 16 comporte deux blocs 28, l'élément intermédiaire 42 est disposé entre les deux blocs 28 et il est relié aux canaux d'entrée et de sortie 30, 32.
Lorsque l'élément de traitement 16 comporte un seul bloc 28, l'élément intermédiaire 42 est disposé entre les parois latérales 36 de chaque canal d'entrée 30. Il est évident que lorsque le diamètre des anodes 24 est égal à la largeur transversale des canaux d'entrée 30, l'élément de traitement 16 ne comporte pas d'élément intermédiaire 42 et les anodes 24 sont fixées à l'élément de traitement 16 par exemple au niveau de leurs extrémités longitudinales.
La distance entre les électrodes dépend des caractéristiques du matériau filtrant. Cependant, cette distance doit être inférieure ou égale à une distance maximale "d" permettent une formation homogène de décharges.
Pour ces raisons, lorsque l'élément de traitement 16 ne comporte qu'un bloc 28, les anodes 24 sont agencées sensiblement à équidistance entre les parois inférieures et supérieures 34i, 34s du canal d'entrée 30 associé. De plus, la distance entre les parois inférieures et supérieures 34i, 34s du canal d'entrée est égale au double de la distance "d".
La distance "d" peut être réduite et elle peut donc limiter l'efficacité d'un élément de traitement 16. Pour adapter la capacité du système de traitement 10 au moteur 12, le système de traitement 10 comporte un empilement vertical d'éléments de traitement 16. L'empilement est tel que deux éléments de traitement 16 adjacents possèdent une cathode commune.
Lorsque l'élément de traitement 16 est saturé, c'est-à-dire que la quantité de particules stockée est supérieure à un seuil prédéterminé, sa régénération est initiée.
L'état de chargement du filtre à particules 16 peut être déterminé par un capteur de mesure de pression différentielle, non représenté, qui fournit la valeur de la perte de charge produite par le filtre à particules 16 entre l'entrée et la sortie de la chambre 18. Lorsque la valeur de la perte de charge est supérieure à une valeur prédéterminée, cela signifie que le filtre 16 est saturé, sa régénération est alors initiée.
Lors de la phase de régénération, le générateur d'impulsions 22 produit des décharges électriques qui sont réparties de façon homogène dans l'élément de traitement 16. La répartition homogène des décharges dans l'élément de traitement 16 est principalement due à la symétrie du système formé par l'élément de traitement 16, l'anode 24 et la cathode 26
Cela permet de provoquer la formation d'espèces activées oxydantes à proximité immédiate des parois des canaux de l'élément de traitement 16 qui sont chargées de particules. Cette proximité ainsi que la répartition homogène des espèces oxydées permettent de favoriser la combustion des particules stockées dans l'élément de traitement.
Ainsi, la régénération du système de traitement 10 est optimisée.
Afin de s'affranchir des contraintes mécaniques pouvant être liées à des vibrations ou à la dilatation des matériaux constituant le système de traitement 10, une bande de laine thermique 44 peut être disposée entre la paroi intérieure de la chambre 18 et la cathode 26.
La bande de laine thermique 44 permet de réaliser un découplage mécanique entre la paroi de la chambre 18 et l'élément de traitement 16. De plus, elle assure l'isolation thermique de l'élément de traitement 16 de façon à limiter la température de la face externe de la paroi de la chambre 18, et à favoriser l'élévation de température à l'intérieur de l'élément de traitement 16, ce qui facilite encore la régénération du système de traitement 10.
Les orientations horizontales, verticales et transversales ont été définies à titre d'exemple non limitatif pour faciliter la compréhension de l'invention. Il sera compris qu'il est possible d'adopter une convention différente sans sortir du cadre de l'invention.
Il sera aussi compris que des inversions mécaniques simples peuvent constituer des variantes de réalisation de l'invention. Par exemple, les anodes 24 peuvent être disposées à l'extérieur de l'élément de traitement 16 et les cathodes peuvent être agencées à l'intérieur de l'élément de traitement 16.
L'invention permet donc la filtration de gaz d'échappement "G" par l'utilisation d'un filtre à particule qui comprend des moyens pour sa régénération, ces moyens de régénération permettant la combustion des particules piégées, sans endommager les composants du filtre à particules, ce qui évite à l'utilisateur du véhicule qui comporte ce dispositif, tout souci à propos de l'entretien du filtre à particules.

Claims (7)

  1. Système de traitement (10) des gaz (G) d'échappement d'un moteur à combustion (12), du type qui comporte un élément de traitement (16) disposé dans une ligne d'échappement (14), l'élément de traitement (16) comportant au moins un bloc (28) qui est traversé par les gaz d'échappement (G) suivant une direction longitudinale et qui comporte un alignement de canaux longitudinaux parallèles d'entrée et de sortie (30, 32), chaque canal d'entrée et de sortie (30, 32) comportant au moins deux parois longitudinales et horizontales, respectivement supérieure et inférieure (34s, 34i), et comportant deux parois latérales longitudinales et verticales (36), du type dans lequel chaque canal d'entrée (30) est ouvert à son extrémité longitudinale amont (38a) et fermé à son extrémité longitudinale aval (38b), chaque canal de sortie étant inversement fermé à son extrémité longitudinale amont (38a) et ouvert à son extrémité longitudinale aval (38b), du type dans lequel les canaux d'entrée et de sortie (30, 32) sont alternativement accolés les uns aux autres par leurs parois latérales (36) de manière que les gaz d'échappement (G) entrent dans le bloc par les extrémités longitudinales amont (38a) des canaux d'entrée (30) pour ressortir du bloc (28) par les extrémités longitudinales aval (38b) des canaux de sortie (32), en traversant les parois latérales (36) qui sont poreuses, du type dans lequel le système de traitement (16) comporte un système de production de décharges électriques (20) de forte tension et de faible intensité entre des anodes (24) qui s'étendent sensiblement longitudinalement à l'intérieur de l'élément de traitement (16) et au moins une cathode (26) qui est agencée dans au moins un plan sensiblement horizontal à l'extérieur du bloc (28) et à proximité des parois horizontales (34s, 34i) des canaux d'entrée (30), en vue de provoquer la formation d'espèces chimiques favorables à la régénération de l'élément de traitement (16), caractérisé en ce que au moins une anode (24) est associée à chaque canal d'entrée (30), et est agencée soit à l'intérieur d'un canal d'entrée (30), soit sur la face extérieure d'une paroi horizontale (34s, 34i) d'un canal d'entrée (30), cette paroi étant opposée à la paroi horizontale (34i, 34s) du canal d'entrée (30) à proximité de laquelle est agencée la cathode (26), de sorte que les décharges électriques se forment uniquement dans les canaux d'entrée (30).
  2. Système de traitement (10) des gaz d'échappement (G) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cathode (26) est un réseau de fils conducteurs qui s'étendent longitudinalement et qui recouvrent l'ensemble des parois horizontales (34s, 34i) des canaux d'entrée et de sortie (30, 32).
  3. Système de traitement (10) des gaz d'échappement (G) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cathode (26) est une plaque conductrice sensiblement horizontale, recouvrant l'ensemble des parois horizontales (34s, 34i) des canaux d'entrée et de sortie( 30, 32).
  4. Système de traitement (10) des gaz d'échappement (G) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque anode (24) est agencée sur la face extérieure d'une paroi horizontale (34s, 34i) d'un canal d'entrée (30), caractérisé en ce que l'élément de traitement (10) comporte deux blocs (28i, 28s) qui sont superposés verticalement, de sorte que la paroi inférieure (34i) de chaque canal d'entrée (30) du bloc supérieur (28s) soit sensiblement en vis-à-vis de la paroi supérieure (34s) d'un canal d'entrée (30) du bloc inférieur (28i), et en ce que les faces extérieures des parois supérieures (34s) des canaux d'entrée (30) du bloc supérieur (28s) et les faces extérieures des parois inférieures (34i) des canaux d'entrée (30) du bloc inférieur (28i) reçoivent chacune au moins une cathode (26), et en ce que les anodes (24) sont interposées entre les deux blocs (28s; 28i).
  5. Système de traitement (10) des gaz d'échappement (G) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque anode (24) est agencée dans un canal d'entrée (30), caractérisé en ce que les parois horizontales (34s, 34i) des canaux d'entrée reçoivent chacune au moins une cathode (26).
  6. Système de traitement (10) des gaz d'échappement (G) selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque anode (24) est agencée sensiblement à équidistance des parois horizontales (34s, 34i) du canal d'entrée (30) associé.
  7. Système de traitement (10) des gaz d'échappement (G) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une superposition verticale d'éléments de traitement (16) et en ce que deux éléments de traitement (16) adjacents comportent une cathode (26) commune.
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