ES2298975T3 - Filtro de particulas para el tratamiento de los gases de escape emitidos por un motor de combustion interna de un vehiculo automovil y procedimiento de filtrado de los gases de escape correspondiente. - Google Patents

Abstract

Filtro de partículas para el tratamiento de los gases de escape emitidos por un motor de combustión interna de un vehículo automóvil, que comprende - un recinto (12) que comprende una pared que delimita interiormente un conducto para los gases de escape conectado directamente, en la entrada, al colector de escape del motor y, en la salida, a un conducto de evacuación de los gases de escape filtrados, - un electrodo anular (28) interno adaptado para crear un campo eléctrico radial dentro del conducto - y un conjunto de tramos anulares (22; 52, 54, 56, 58, 60) dispuestos transversalmente dentro del conducto para detener las partículas aglomeradas desviadas por el campo eléctrico, caracterizado porque comprende una resistencia eléctrica calefactora (38) para quemar las partículas desviadas entre los tramos anulares, siendo la resistencia eléctrica una resistencia anular (38) dispuesta transversalmente dentro del recinto en la proximidad de uno de los tramos anulares, y porque los tramos anulares están provistos, cada uno, de un orificio axial (42) para propagar la combustión de las partículas dentro del recinto entre los tramos anulares.

Description

Filtro de partículas para el tratamiento de los gases de escape emitidos por un motor de combustión interna de un vehículo automóvil y procedimiento de filtrado de los gases de escape correspondiente.

La invención se refiere al tratamiento de componentes contaminantes contenidos en un medio gaseoso y, en particular, concierne al ámbito de los dispositivos de filtrado de los gases de escape.

De modo más particular, la invención se refiere a un filtro de partículas destinado a estar montado en la línea de escape de un vehículo automóvil.

Se conocen actualmente diversos sistemas de filtrado de las partículas de los gases de escape emitidos por un motor de combustión interna. Se conoce, por ejemplo, por la solicitud de patente WO 01/19525, un conjunto de filtrado de gases cargados de partículas que comprende un filtro de efecto corona que comprende una caja cilíndrica en cuyo interior penetran los gases de escape con miras a su filtrado. La caja está provista interiormente de un electrodo central alimentado de energía eléctrica, y adaptado para provocar una emisión de electrones. En funcionamiento, las partículas transportadas por los gases de escape son cargadas negativamente por los electrones emitidos por el electrodo. Las partículas, así cargadas, se fijan en un substrato metálico. Sin embargo, el movimiento de las partículas cargadas dentro de la caja cilíndrica comprende una componente esencialmente longitudinal, siendo la movilidad de estas partículas en la dirección transversal relativamente pequeña. Por consiguiente, la probabilidad de fijación de las partículas al substrato es relativamente baja.

Se podrá hacer referencia, igualmente, a la patente US 4 478 613 que describe un conjunto de filtrado de partículas contenidas en gases de escape que comprende un filtro electrostático y un separador mecánico de partículas. El filtro electrostático comprende un elemento tubular que tiene uno de sus extremos cerrado, en el interior del cual se encuentra un apilamiento de discos concéntricos con respecto al eje del tubo. El tubo es mantenido a un potencial nulo mientras que los discos están unidos a un potencial negativo. Los gases de escape penetran en el tubo por una abertura y circulan axialmente para salir por una abertura opuesta.

Los discos, puestos a un potencial negativo, constituyen una estructura emisiva que permite generar un campo eléctrico entre la superficie interior del tubo y los discos. Los gases de escape atraviesan este campo, cargándose eléctricamente las partículas contenidas en los gases de escape. Las partículas así cargadas se desplazan radialmente bajo el efecto del campo eléctrico creado para ir a depositarse en la cara interna del tubo donde éstas forman acumulaciones de partículas.

Las acumulaciones de partículas son separadas entonces del interior del tubo y llevadas hasta un separador centrífugo.

Como se concibe, como en el conjunto de filtrado de gases descrito en la solicitud de patente WO 01/19525, las partículas cargadas se desplazan esencialmente en dirección axial siendo arrastradas por los gases de escape, siendo la componente radial del movimiento de las partículas relativamente pequeña. Así pues, es necesario facilitar una energía de alimentación de los discos muy elevada para que la migración radial bajo el efecto del campo eléctrico creado sea suficientemente rápida para que las partículas se depositen en la cara interna del tubo. Además, la separación de las partículas acumuladas en la pared interna del tubo necesita un dispositivo particular.

La solicitud US4871515 describe un filtro de partículas que comprende una pared que delimita interiormente un paso para los gases de escape conectado a la salida de un colector de escape de un motor de combustión interna y un electrodo axial dispuesto dentro del filtro para desviar las partículas hacia medios de atrapamiento bajo la acción de un campo eléctrico transversal.

La solicitud FR834510 describe otro tipo de dispositivo de filtrado para gases de escape de motor de combustión interna. Este dispositivo comprende un recinto provisto interiormente de un electrodo axial provisto de un conjunto de placas en forma de disco dispuestas regularmente a lo largo del recinto. La superficie periférica interna del recinto está provista de un conjunto correspondiente de elementos anulares que delimitan con las placas pasos en zigzag. Estos elementos anulares están conectados a la masa y constituyen, así, medios de atrapamiento de las partículas.

A la vista de lo que precede, el objetivo de la invención es paliar los inconvenientes del estado de la técnica y facilitar un filtro de partículas para el tratamiento de los gases de escape de un motor de combustión interna de un vehículo automóvil que permita captar eficazmente las partículas transportadas por los gases de escape.

Así pues, la invención tiene por objeto un filtro de partículas para el tratamiento de los gases de escape emitidos por un motor de combustión interna de un vehículo automóvil, que comprende un recinto que comprende una pared que delimita interiormente un conducto para los gases de escape, conectado directamente, en la entrada, al colector de escape del motor y, en la salida, a un conducto de evacuación de los gases de escape filtrados, un electrodo axial interno adaptado para crear un campo eléctrico radial dentro del conducto y un conjunto de tramos anulares dispuestos transversalmente dentro del conducto para detener las partículas aglomeradas desviadas por el campo eléctrico.

Así, gracias a la presencia de los tramos previstos transversalmente en la trayectoria de las partículas desviadas, se crean obstáculos a lo largo de la pared interna del recinto para constituir topes que detienen las partículas desviadas.

De acuerdo con una característica de la invención, el filtro comprende una resistencia eléctrica calefactora para quemar las partículas detenidas entre los tramos.

La resistencia eléctrica puede estar constituida por una resistencia de alambre que se extiende axialmente dentro del recinto atravesando los tramos anulares.

Sin embargo, ésta se puede realizar, igualmente, en forma de una resistencia anular dispuesta transversalmente dentro del recinto en la proximidad de uno de los tramos, estando provistos entonces cada uno de los tramos de un orificio axial para propagar la combustión de las partículas iniciada dentro del recinto, entre las placas, por la resistencia.

La resistencia eléctrica puede ser una resistencia anular dispuesta dentro del recinto en, al menos, una de las caras de, al menos, uno de los tramos.

En un modo de realización, las placas anulares están dispuestas dentro de un cilindro perforado que delimita con la pared del dispositivo de captura y de eliminación un paso para las partículas detenidas entre los tramos o un volumen de almacenamiento de las citadas partículas.

El cilindro perforado puede tener la forma de una rejilla.

En otro modo de realización, la citada pared comprende, en el lugar de los tramos anulares, una zona de diámetro interno agrandado para delimitar un paso para las partículas aglomeradas detenidas entre los tramos o un volumen para el almacenamiento de estas partículas.

De acuerdo con otra característica de la invención, los tramos anulares están provistos, cada uno, de un paso central coaxial con la pared y de dimensiones aptas para evitar la aparición de pérdidas de carga en el flujo de los gases de escape.

De acuerdo con otro modo de realización particular, los tramos anulares están realizados en forma de placas anulares añadidas.

Estos tramos pueden estar formados, igualmente, dentro de un tubo mecanizado dispuesto dentro del recinto.

La invención tiene por objeto, igualmente, un procedimiento de filtrado de los gases de escape emitidos por un motor de combustión interna de un vehículo automóvil por medio de un filtro de partículas tal como el definido anteriormente, caracterizado porque comprende las etapas consistentes en:

-

poner en circulación los gases de escape dentro del conducto;

-

desviar las partículas hacia las placas anulares bajo el efecto del campo eléctrico generado por el electrodo axial interno;

-

atrapar las partículas entre los tramos anulares; y

-

permitir su destrucción in situ o permitir la extracción de las partículas detenidas hacia un dispositivo de destrucción, por aspiración de un pequeño flujo de gases.

Otros objetivos, características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto con la lectura de la descripción que sigue, dada únicamente a título de ejemplo no limitativo, y hecha refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales:

- la figura 1 es una vista en corte de un filtro de partículas de acuerdo con la invención;

- la figura 2 ilustra otro ejemplo de realización del filtro de partículas de acuerdo con la figura 1;

- la figura 3 ilustra un tercer modo de realización del filtro de partículas de la figura 1;

- la figura 4 muestra un cuarto modo de realización de un filtro de partículas de acuerdo con la
invención;

- la figura 5 ilustra un quinto modo de realización de un filtro de partículas de acuerdo con la invención;

- la figura 6 ilustra un sexto modo de realización de un filtro de partículas de acuerdo con la invención; y

- la figura 7 es una vista en perspectiva que muestra la construcción interna de un modo de realización particular de un filtro de partículas de acuerdo con la invención.

Refiriéndose a la figura 1, se va a describir en primer lugar un primer modo de realización de un filtro de partículas de acuerdo con la invención, designado por la referencia numérica general 10.

Este filtro 10 comprende, esencialmente, un recinto 12 delimitado por una pared generalmente cilíndrica provista de dos extremos abiertos mutuamente opuestos 14 y 16 provistos, cada uno, de una brida de fijación 18 y 20 para la fijación del filtro de partículas 10 a una canalización por la cual circulan los gases de escape que hay que tratar.

De modo más particular, el extremo abierto 14 está destinado a estar conectado directamente a la salida del colector de escape de un motor de combustión interna del vehículo automóvil, mientras que el extremo 16 está destinado a estar conectado a un conducto de evacuación de los gases de escape.

El recinto 12 tiene un eje de simetría axial X-X'.

El filtro 10 está provisto, interiormente, de un conjunto de placas anulares, tales como 22, dispuestas regularmente transversales a lo largo del eje X-X' dentro del recinto 12.

En particular, cada placa 22 está provista de un paso central 24 de modo que éstas forman conjuntamente un paso para los gases de escape. Éstas tienen un diámetro externo correspondiente sensiblemente al diámetro interno de la pared 12. Éstas están fijadas a la pared 12 por medio de vástagos fileteados 26 provistos de espaciadores dispuestos entre dos placas adyacentes 22. Así, las placas, que son mantenidas en compresión contra los espaciadores por el vástago fileteado, permanecen desmontables y pueden se retiradas de la canalización a la que éstas están fijadas.

En la figura 1 se ve, finalmente, que el filtro está provisto de un electrodo central interno 28 dispuesto según el eje X-X' del filtro 10. Este electrodo 28 comprende una porción media lineal prolongada en estos dos extremos por dos porciones 30 y 32 transversales que atraviesan la pared 12 con interposición de un aislador 34 y 36 para ser conectado a una fuente de tensión (no representada).

El electrodo central 28 es puesto a un potencial positivo o negativo suficiente para que las partículas presentes en los gases de escape atraviesen un medio ionizado. Así, cuando una partícula encuentra una molécula ionizada o un electrón libre, la recombinación que se produce provoca la generación de una partícula cargada positiva o negativamente.

Por otra parte, el campo eléctrico, casi homogéneo, dentro del recinto 12, desvía las partículas cargadas, que migran radialmente hacia las placas anulares 22, al tiempo que siguen siendo arrastradas axialmente dentro del filtro 10.

En cuanto una partícula llega a una placa 22, ésta es detenida y permanece atrapada en el espacio formado entre dos placas sucesivas.

De esta manera, las partículas así atrapadas son extraídas del flujo de gases de escape emitido por el motor de combustión interna.

Se ha constatado, además, que un filtro de partículas de este tipo no ocasiona reintroducción de acumulaciones de partículas atrapadas en el flujo de gases de escape.

Refiriéndose ahora a las figuras 2 a 7, en las cuales elementos idénticos a los de la figura 1 llevan las mismas referencias, se van a describir otros modos de realización de un filtro de partículas de acuerdo con la invención.

Refiriéndose en primer lugar a las figuras 2 y 3, de acuerdo con dos modos de realización ventajosos, el filtro de partículas 10 está provisto, además, de una resistencia calefactora que induce la puesta en combustión local de las partículas atrapadas entre las placas.

En el modo de realización representado en la figura 2, la resistencia calefactora, designada por la referencia numérica 38, se presenta en forma de una resistencia de alambre que se extiende paralelamente al eje X-X' del filtro, atravesando las placas. Esta resistencia atraviesa la pared 12 del filtro 10 para ser conectada a una fuente de tensión. A tal efecto, ésta está provista de aisladores tales como 40 que aseguran un aislamiento entre el electrodo calefactor 38 y la pared 12.

En el modo de realización representado en la figura 3, la resistencia calefactora 38 tiene una forma anular y está dispuesta aguas arriba, considerando la circulación de los gases de escape dentro del filtro, contra la cara de una placa 22 terminal vuelta hacia el orificio 14. En este caso, con el fin de permitir una propagación de la combustión a lo largo del filtro, de una placa a otra, con el fin de quemar todas las partículas atrapadas entre las placas, las placas 22 están provistas, cada una, de uno o varios orificios 42 axiales de modo que los orificios de las placas están dispuestos, por ejemplo, coaxialmente. De acuerdo con otro modo de realización, al menos una placa 22 puede estar provista de una resistencia calefactora de forma anular, colocada contra su cara aguas arriba o aguas abajo, o las dos.

De acuerdo con un cuarto modo de realización, representado en la figura 4, el filtro 10 comprende un volumen de almacenamiento 44 de las partículas atrapadas. En este caso, la pared 12 del filtro 10 comprende localmente, en el lugar de las placas 22, una zona 48 de diámetro agrandado de modo que el borde periférico externo de las placas está separado de la superficie interna de la pared 12 con el fin de delimitar el espacio 44 de almacenamiento de las partículas. En este caso, la pared del recinto está provista, ventajosamente, de un paso 46 para evacuar las partículas o el hollín atrapados en el espacio 44 hacia un dispositivo de destrucción del hollín (no representado).

Como se ve en la figura 4 de acuerdo con este modo de realización, las placas, ventajosamente, están dispuestas y fijadas dentro de un cilindro perforado 50. Este cilindro 50 se presenta, por ejemplo, en forma de una rejilla perforada cuyas perforaciones son suficientemente grandes para dejar pasar las acumulaciones de partículas.

Como se ve en la figura 5, el cilindro 50 es opcional, siendo transferidas las partículas que circulan entre las placas 22 directamente al volumen 44 de almacenamiento para ser evacuadas a continuación hacia el dispositivo de destrucción de hollín pasando por el paso 46 (flecha F).

Finalmente, como se ve en la figura 6, es posible dotar al filtro de placas 22 de un orificio central que presenta un diámetro aumentado, que puede llegar hasta el diámetro interno de la pared 12 en el lugar de los extremos 14 y 16 de manera que las placas se desplazan radialmente con respecto al flujo de los gases de escape con el fin de evitar la aparición de pérdidas de carga.

Se observará, finalmente, que, en los diferentes modos de realización descritos anteriormente, las placas 22 están realizadas en forma de elementos añadidos fijados a la pared 12 por medio de vástagos fileteados 26.

En variante, es posible, igualmente, como está representado en la figura 7, reemplazar las placas paralelas por tramos de cilindro 52, 54, 56, 58 y 60 dispuestos coaxialmente con la pared 12 y unidos por tirantes, tales como 62. El conjunto constitutito por los tramos y los tirantes puede obtenerse mecanizando un tubo macizo. Como se ve en esta figura 7, en la cual las flechas F representan el flujo de los gases de escape y la flecha F' representa la trayectoria de las partículas, los tramos de cilindro están provistos de un paso axial para el paso de los gases de escape. Por el contrario, el espacio entre dos tramos consecutivos constituye un paso para las partículas que son recuperadas por aspiración en el volumen anular delimitado por la pared 12 y por los tramos de cilindro para ser evacuadas, en la salida, para ser tratadas por un dispositivo de destrucción del hollín.

Claims (9)

1. Filtro de partículas para el tratamiento de los gases de escape emitidos por un motor de combustión interna de un vehículo automóvil, que comprende

- un recinto (12) que comprende una pared que delimita interiormente un conducto para los gases de escape conectado directamente, en la entrada, al colector de escape del motor y, en la salida, a un conducto de evacuación de los gases de escape filtrados,

- un electrodo anular (28) interno adaptado para crear un campo eléctrico radial dentro del conducto

- y un conjunto de tramos anulares (22; 52, 54, 56, 58, 60) dispuestos transversalmente dentro del conducto para detener las partículas aglomeradas desviadas por el campo eléctrico, caracterizado porque comprende una resistencia eléctrica calefactora (38) para quemar las partículas desviadas entre los tramos anulares, siendo la resistencia eléctrica una resistencia anular (38) dispuesta transversalmente dentro del recinto en la proximidad de uno de los tramos anulares, y porque los tramos anulares están provistos, cada uno, de un orificio axial (42) para propagar la combustión de las partículas dentro del recinto entre los tramos anulares.

2. Filtro de partículas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la resistencia eléctrica anular (38) está dispuesta dentro del recinto (12) en, al menos, una de las caras de, al menos, uno de los tramos.

3. Filtro de partículas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque los tramos anulares están dispuestos dentro de un cilindro perforado que delimita con la pared del recinto (12) un espacio (44) de almacenamiento de las partículas detenidas o un conducto de evacuación de la citadas partículas.

4. Filtro de partículas de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el cilindro perforado forma una rejilla.

5. Filtro de partículas de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la pared comprende en el lugar de los tramos anulares una zona (48) de diámetro interno agrandado para delimitar el espacio (44) de almacenamiento de las partículas detenidas o el conducto de evacuación de las citadas partículas.

6. Filtro de partículas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los tramos anulares están provistos de un paso (24) central coaxial con la pared, de dimensión apta para evitar la aparición de perdidas de carga en el flujo de los gases de escape.

7. Filtro de partículas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los tramos anulares están realizados en forma de placas anulares (22) añadidas.

8. Filtro de partículas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los tramos anulares (52, 54, 56, 58, 60) están formados dentro de un tubo mecanizado dispuesto dentro del recinto.

9. Procedimiento de filtrado de los gases de escape emitidos por un motor de combustión interna de un vehículo automóvil por medio de un filtro de partículas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende las etapas de:

- puesta en circulación de los gases de escape dentro del conducto;

- desviación de las partículas aglomeradas hacia los tramos (22; 52, 54, 56, 58, 60) anulares bajo el efecto del campo eléctrico generado por el electrodo axial interno;

- detener las partículas entre los tramos;

- permitir su destrucción in situ o permitir la extracción de las partículas detenidas hacia un dispositivo de destrucción, por aspiración de un pequeño flujo de gases.