FR2777038A1 - Dispositif de purification de l'echappement d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Dispositif de purification de l'echappement d'un moteur a combustion interne Download PDF

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Abstract

Un dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne permettant une régénération efficace par chauffage est muni d'une pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires (10) placés dans une section prédéterminée (5) d'un conduit d'échappement (1), d'un moyen de chauffage (6) destiné à chauffer l'élément de purification d'échappement granulaire situé à proximité de celui-ci, et un moyen de circulation (8) destiné à faire circuler une pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires à l'intérieur de la section prédéterminée de façon à passer à proximité du moyen de chauffage.

Description

La présente invention se rapporte à un dispositif de purification
d'échappement destiné à un moteur à combustion interne. Un convertisseur catalytique est disposé dans un système d'échappement d'un moteur à combustion interne en vue de purifier le gaz d'échappement en convertissant les substances dangereuses contenues dans le gaz d'échappement en substances inoffensives. Les performances de purification du convertisseur catalytique se dégraderont lors de l'utilisation répétitive de celui-ci en raison de l'adhérence de poisons catalytiques tels que la fraction organique soluble (SOF) contenue dans le gaz
d'échappement, à la surface de celui-ci.
Un convertisseur catalytique caractéristique porte un catalyseur avec un support monolithique présentant une structure en nid d'abeilles constitué de céramique ou analogue. La demande de brevet japonais mise à la disposition du public N HEI 1-159029 propose la régénération du convertisseur catalytique en chauffant le convertisseur catalytique périodiquement avec un dispositif de chauffage disposé sur la face d'extrémité de celui-ci de façon à supprimer le poison
catalytique qui adhère au convertisseur catalytique.
Pour pouvoir complètement éliminer le poison catalytique du convertisseur catalytique, chaque partie de celui-ci doit être chauffée pour élever la température au-dessus d'une valeur prédéterminée. Si le dispositif de chauffage mentionné précédemment est disposé à l'extérieur du convertisseur catalytique, par exemple, sur la face d'extrémité de celui-ci pour chauffer chaque partie de celui- ci afin d'élever la température au-dessus de la valeur prédéterminée, une énergie excessive sera nécessaire, ce qui conduit à une régénération inefficace. De ce fait, c'est un but de la présente invention de réaliser un dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne permettant une régénération efficace par chauffage tout en minimisant la consommation
d'énergie requise.
Le dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne conforme à la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires placés à l'intérieur d'une section prédéterminée d'un conduit d'échappement, un moyen de chauffage destiné à chauffer les éléments de purification situés à proximité de celui-ci, et un moyen de circulation destiné à faire circuler la pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires de façon à ce qu'ils passent à proximité dudit moyen de chauffage dans ladite section prédéterminée. De ce fait, le moyen de chauffage peut chauffer l'élément de purification d'échappement granulaire tout entier jusqu'à une température de régénération avec le minimum d'énergie possible, en permettant une régénération efficace par chauffage. Un autre dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne est caractérisé en ce qu'au moins une partie de ladite pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires est repoussée dans une direction prédéterminée par ledit moyen de
circulation en utilisant la pression du gaz d'échappement.
Un autre dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne est caractérisé en ce qu'au moins une partie de ladite pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires est repoussée dans une direction prédéterminée par ledit moyen de
circulation en utilisant une vibration.
Un autre dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne est caractérisé en ce qu'au moins une partie de ladite pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires est repoussée dans une direction prédéterminée par ledit moyen de
circulation en utilisant une source d'énergie externe.
Un autre dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne est caractérisé en ce qu'un substrat dudit élément de purification
d'échappement granulaire est constitué d'une céramique poreuse.
Un autre dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne est caractérisé en ce que le substrat dudit élément de purification
d'échappement granulaire est constitué d'un métal poreux.
Dans les deux cas précédents, le dispositif est caractérisé en ce que la surface extérieure du substrat dudit élément de purification d'échappement granulaire est recouverte au moins
partiellement d'un matériau résistant à l'abrasion.
Un autre dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne est caractérisé en ce qu'une voie de circulation est formée à l'intérieur d'une section prédéterminée afin de faire circuler ladite pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires. Un autre dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne est caractérisé en ce que ledit moyen de chauffage est disposé à l'intérieur de la section prédéterminée à une position à
laquelle ne passe aucun gaz d'échappement.
Un autre dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne est caractérisé en ce que. ledit élément de purification d'échappement granulaire est formé sous forme d'un convertisseur catalytique, qui est chauffé par ledit moyen de chauffage afin
d'éliminer une composition organique soluble qui adhère à celui-
ci. Dans ce cas, le dispositif peut être caractérisé en ce que le cadencement du fonctionnement dudit dispositif de chauffage est défini conformément à la diminution du taux de purification du dispositif de purification d'échappement par comparaison au contenu en substances dangereuses devant être purifiées dans la
partie amont et aval de ladite section prédéterminée.
Un autre dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne est caractérisé en ce que ledit élément de purification d'échappement granulaire est formé sous forme d'un absorbant d'oxydes d'azote, qui est chauffé par ledit moyen de chauffage pour éliminer le soufre absorbé par ledit absorbant d'oxydes d'azote. Un autre dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne est caractérisé en ce que ledit élément de purification d'échappement granulaire est formé sous forme d'un piège à particules, qui est chauffé par ledit moyen de chauffage afin de
brûler les particules piégées par ledit piège à particules.
Dans ce cas, le dispositif peut être caractérisé en ce que le cadencement du fonctionnement dudit dispositif de chauffage est défini conformément à une quantité de particules piégées en comparant la pression d'échappement en amont et en aval du dispositif de purification d'échappement ou bien le dispositif peut être caractérisé en ce que ledit élément de purification d'échappement granulaire présente une structure multicouche poreuse, dont chaque pore présente une taille qui diminue en
direction du centre de celle-ci.
Dans un autre mode de réalisation, un dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne est caractérisé en ce qu'un autre moyen de chauffage est disposé en vue du chauffage d'au moins une partie de ladite pluralité d'éléments de purification
d'échappement granulaires.
Un autre dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne est caractérisé en ce que ledit moyen de circulation fait circuler ladite pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires à l'intérieur d'une section prédéterminée au moyen d'un écoulement de gaz d'échappement, et ladite pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires est formée d'au moins deux types d'éléments de purification d'échappement granulaires présentant soit une masse spécifique, soit une
taille différente.
Un autre dispositif de purification d'échappement d'un moteur à combustion interne est caractérisé en ce qu'une étoffe non tissée faite de fibres métalliques est utilisée en tant qu'élément de purification
d'échappement granulaire.
Un autre dispositif de purification d'échappement d'un moteur à combustion interne est caractérisé en ce que ledit dispositif de chauffage est disposé à l'intérieur d'un passage de communication dans lequel ledit dispositif de chauffage présente une forme en couronne laissant passer l'élément de purification d'échappement granulaire au
travers de celle-ci.
Ceux-ci et d'autres buts de la présente invention seront mis
davantage en évidence en lisant la description suivante à la
lumière des dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe simplifiée d'un premier mode de réalisation du dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne de la présente invention. La figure 2 illustre un exemple de l'élément de purification d'échappement granulaire utilisé dans le dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion
interne de la présente invention.
La figure 3 illustre un autre exemple de l'élément de purification d'échappement granulaire utilisé dans le dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion
interne de la présente invention.
La figure 4 illustre encore un autre exemple de l'élément de purification d'échappement granulaire utilisé dans le dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion
interne de la présente invention.
La figure 5 illustre un exemple supplémentaire de l'élément de purification d'échappement granulaire utilisé dans le dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à
combustion interne de la présente invention.
La figure 6 est une vue en coupe simplifiée d'un second mode de réalisation du dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne de la présente invention. La figure 7 est une vue en coupe simplifiée d'un troisième mode de réalisation du dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne de la présente invention. La figure 8 est une vue en coupe simplifiée d'un quatrième mode de réalisation du dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne de la présente invention. La figure 9 est une vue en coupe simplifiée d'un cinquième mode de réalisation du dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne de la présente invention, et La figure 10 est une vue en coupe simplifiée d'un sixième mode de réalisation du dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne de la présente
invention.
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La figure 1 est une vue en coupe simplifiée d'un premier mode de réalisation du dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne de la présente invention. Sur la figure 1, une référence numérique 1 représente un conduit d'échappement, et le débit du gaz d'échappement est indiqué par une flèche blanche E. Une référence numérique 2 représente une partie agrandie ménagée dans le conduit d'échappement. Sur l'échappement en amont et en aval de la partie agrandie 2, un premier élément en treillis 3 et un second élément en treillis 4 sont respectivement disposés pour définir une section 5 du conduit d'échappement 1. Dans la section 5, une pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires sont placés. Chacun du premier élément en treillis 3 et du second élément en treillis 4 présente une taille de maille plus petite que la taille de chaque élément de purification d'échappement granulaire 10, qui est constitué d'un métal présentant une excellente résistance à la chaleur, tel que
l'acier inoxydable.
A l'intérieur de la section 5, un dispositif de chauffage 6 est fixé sur la paroi interne de la partie agrandie 2. A l'extrémité du premier élément en treillis 3 située à proximité du dispositif de chauffage, est prévue une paroi d'arrêt 7 de façon à ne pas permettre au gaz d'échappement de passer à proximité du dispositif de chauffage 6. A l'autre extrémité du premier élément en treillis 3, un élément de poussée 8 qui peut tourner librement autour d'un axe de rotation 8a est prévu. Pour pouvoir empêcher l'élément de poussée 8 de tourner vers le bas en dessous de la position horizontale, un élément de butée 9a est disposé sur la paroi interne de la partie agrandie 2 de sorte que le dessus de l'élément de poussée 8 rencontre l'élément de butée 9a. De même, une partie en saillie 9b est disposée sur la paroi interne de la partie agrandie 2 de sorte qu'aucun jeu ne soit formé entre le dessus de l'élément de poussée 8 et la paroi interne de la partie agrandie 2 en raison de la rotation vers le haut de l'élément de poussée 8. La partie d'extrémité supérieure de la saillie 9b est formée en une surface inclinée à partir de laquelle l'élément de purification
d'échappement granulaire 10 glisse vers le bas.
L'élément de purification d'échappement granulaire 10 utilisé pour convertir les substances nocives en substances inoffensives peut être formé sous forme d'un convertisseur catalytique à trois voies, un convertisseur catalytique à oxydation, ou un convertisseur catalytique à réduction. Avec de tels convertisseurs catalytiques, il est nécessaire de régénérer l'élément de purification d'échappement granulaire 10 en éliminant la fraction SOF grâce à un chauffage périodique du convertisseur pour atteindre une température de régénération, c'est-à-dire approximativement 3500 C ou plus. Ceci est dû au fait que les performances de purification du convertisseur catalytique se dégradent en raison de l'adhérence de la fraction SOF sur la surface du catalyseur qui accompagne l'utilisation
répétitive du convertisseur.
L'élément de purification d'échappement granulaire 10 peut également être formé sous forme d'un absorbant de NOx qui absorbe le NOx dangereux dans le gaz d'échappement dans un état pauvre et réalise une désorption du NOx absorbé lorsque le gaz d'échappement est dans un état riche pour la réduction du NOx de façon à purifier le gaz d'échappement. L'absorbant de NOx est constitué par exemple en supportant un métal précieux tel que du platine (Pt) et un métal alcalino-terreux (ou un métal alcalin ou une terre rare) tel que du baryum (Ba) sur un support constitué d'alumine ou analogue. Le NOx sera absorbé grâce au
mécanisme suivant.
Tout d'abord, dans le gaz d'échappement à un état pauvre o la teneur en oxygène est élevée, l'oxygène adhère à la surface du platine (Pt) sous forme de O2-, puis le NO du gaz d'échappement réagit avec le 02- à la surface du platine (Pt) pour produire du NO2. Une partie du NO2 ainsi produit est oxydée sur le Pt, combinée avec de l'oxyde de baryum (Bao) et est
finalement absorbée dans l'absorbant sous forme de NO3-.
Tant que le gaz d'échappement présente une forte teneur en oxygène, du NO2 est généré à la surface du Pt. Tant que la capacité d'absorption de NOx de l'absorbant n'est pas saturée, le NO2 est absorbé dans l'absorbant. Cependant, lorsque la quantité de génération de NO2 diminue en raison de la diminution de la teneur en oxygène dans l'état riche du gaz d'échappement, un ion nitrique NO3- subit une désorption de l'absorbant sous forme de NO2. Le NO2 réagit avec le HC et le CO non brûlés dans le gaz
d'échappement à un état riche pour être réduit et donc purifié.
Le gaz d'échappement contient du soufre sous forme de SOx, et est également absorbé dans l'absorbant de NOx sous forme d'ions sulfuriques SO42- grâce à un mécanisme similaire à celui du NOx, ce qui produit un sulfate BaSO4. Le BaSO4 est stable, et peut difficilement être décomposé. De ce fait, il n'est pas décomposé lorsque le gaz d'échappement passe à un état riche, et subsiste dans l'absorbant de NOx. La quantité de BaSO4 dans l'absorbant de NOx augmente progressivement, ce qui résulte en une dégradation de la possibilité d'absorption de NOx de l'absorbant de NOx. Cependant, il est possible de réaliser une désorption de BaSO4 à une température de 400 C ou plus depuis l'élément de purification d'échappement granulaire 10. Lors de l'utilisation de l'élément de purification d'échappement granulaire 10 en tant qu'absorbant de NOx, il est donc nécessaire qu'il soit périodiquement chauffé à une température de régénération de 400 C ou plus pour forcer le soufre à subir une désorption de celui-ci en vue de la régénération de l'élément de
purification d'échappement granulaire 10.
L'élément de purification d'échappement granulaire 10 peut également être formé sous forme d'un piège à particules destiné
à piéger les particules dangereuses dans le gaz d'échappement.
Le taux de piégeage des particules dans le piège à particules diminue lorsque la quantité de particules piégées augmente. Du fait que les particules sont pratiquement constituées de carbone, il est nécessaire de brûler les particules périodiquement à une température de régénération qui est plus élevée qu'environ 450 C pour régénérer l'élément de
purification d'échappement granulaire 10.
Dans le présent mode de réalisation, comme la plus grande partie d'un tel élément de purification d'échappement granulaire est placée dans la section 5 définie par le premier élément en treillis 3 et le second élément en treillis 4 du conduit d'échappement 1, le gaz d'échappement passant au travers de la section 5 peut être purifié. L'élément de purification d'échappement granulaire 10, qui peut être utilisé soit comme convertisseur catalytique, absorbant du NOx, ou piège à particules, a besoin d'être régénéré par chauffage, comme on l'a
mentionné précédemment.
Dans le présent mode de réalisation, l'élément de poussée 8 est tourné vers le haut lorsque la pression du gaz d'échappement
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augmente conformément à l'état de fonctionnement du moteur, en repoussant ainsi l'élément de purification d'échappement granulaire 10 pratiquement vers le haut à proximité de l'élément de poussée 8. Il créera alors un écoulement irrégulier d'une quantité prédéterminée de l'élément de purification d'échappement granulaire total 10 dans la section 5. De cette manière, à chaque fois que la pression du gaz d'échappement augmente lorsque l'état de fonctionnement du moteur varie, l'écoulement irrégulier de la quantité prédéterminée de l'élément de purification d'échappement granulaire 10 est produit de façon répétée. Il en résulte que l'élément de purification d'échappement granulaire entier 10 est amené à
passer à proximité du dispositif de chauffage 10.
Lors de la régénération de l'élément de purification d'échappement granulaire 10 par chauffage, le dispositif de chauffage 6 ne doit chauffer que l'élément de purification d'échappement granulaire 10 qui a atteint la position à proximité du dispositif de chauffage 6. Ceci rend possible de régénérer pratiquement tout l'élément de purification d'échappement granulaire 10 par chauffage, ce qui résulte en une régénération efficace par chauffage avec l'énergie minimum possible. La paroi d'arrêt 7 réduit la quantité de chaleur extraite du dispositif de chauffage 6 par l'écoulement du gaz d'échappement, en empêchant la circulation du gaz d'échappement
de venir en contact direct avec le dispositif de chauffage 6.
Ceci peut favoriser le chauffage de l'élément de purification d'échappement granulaire 10 par le dispositif de chauffage 6,
d'une manière efficace.
Comme l'élément de poussée 8 du présent mode de réalisation est du type à rotation libre comme on l'a mentionné ci-dessus, il tourne vers le haut non seulement grâce à la pression du gaz d'échappement, mais également grâce aux vibrations du véhicule ou autre, ce qui crée une circulation de l'élément de
purification d'échappement granulaire 10.
Dans le présent mode de réalisation, le dispositif de chauffage 10 est réglé pour fonctionner périodiquement pendant la période o tout l'élément de purification d'échappement
granulaire 10 passe à proximité du dispositif de chauffage 10.
Cependant, dans le cas d'une utilisation de l'élément de purification d'échappement granulaire 10 en tant que
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1O convertisseur catalytique ou absorbant de NOx, la cadence de fonctionnement du dispositif de chauffage 6 peut être définie conformément à la diminution du taux de purification du dispositif de purification d'échappement en comparant les teneurs en substances dangereuses à purifier en amont et en aval du dispositif de purification d'échappement. Dans le cas de l'utilisation de l'élément de purification d'échappement granulaire 10 en tant que piège à particules, le cadencement du fonctionnement du dispositif de chauffage 6 peut être défini conformément à la quantité de particules dans le piège en comparant la pression du gaz d'échappement en amont et en aval
du dispositif de purification d'échappement.
Comme on l'a mentionné précédemment, la température de régénération diffère suivant l'application de l'élément de purification d'échappement granulaire 10, par exemple pour un convertisseur catalytique, pour un absorbant de NOx, ou pour un piège à particules. De ce fait, la sortie du dispositif de chauffage 6 est définie conformément à l'application de l'élément de purification d'échappement granulaire 10 de manière à être chauffé à chaque température de régénération pendant une période prévue lorsque l'élément de purification d'échappement
granulaire 10 passe à proximité du dispositif de chauffage 6.
Dans le cas de l'utilisation de l'élément de purification d'échappement granulaire 10 en tant que convertisseur catalytique ou en tant qu'absorbant de NOx, la surface du substrat devant être en contact avec le gaz d'échappement est de préférence formée d'un matériau poreux tel que de la céramique
ou de l'alumine afin d'assurer une grande aire surfacique.
Cependant, de tels matériaux poreux sont, en général, facilement érodés par frottement les uns contres les autres. L'élément de purification d'échappement granulaire 10 du présent mode de réalisation est, comme indiqué sur la figure 2, formé d'un substrat C, fait de céramique ou d'alumine de forme pratiquement sphérique, dont la surface extérieure est munie d'un matériau métallique P présentant une excellente résistance à l'abrasion afin de constituer une forme de croix. L'agencement ci-dessus peut empêcher la partie en céramique ou en alumine de l'élément de purification d'échappement granulaire 10 de subir un frottement mutuel dans l'écoulement mentionné ci-dessus. Ceci permet de prolonger la durée de vie de l'élément de purification l1 d'échappement granulaire de même que d'empêcher l'émission de poudre de céramique ou d'alumine générée par l'abrasion dans l'atmosphère. On peut comprendre que l'idée de la couverture partielle de la surface extérieure d'un substrat solide avec un matériau résistant à l'abrasion est applicable non seulement aux substrats sphériques mais également à d'autres formes comprenant une forme de polyèdre telle qu'un cube, une forme cylindrique, une forme conique, et une forme pyramidale. Cependant, il est préférable de former le substrat suivant une forme sphérique ou cylindrique en ayant en vue de créer un écoulement régulier de
l'élément de purification d'échappement granulaire 10.
La figure 3 illustre un substrat C' de forme cylindrique. Un matériau métallique P' recouvre la surface extérieure entière du substrat C'. En recouvrant la surface extérieure entière du substrat C' avec le matériau métallique P', la résistance à l'abrasion de l'élément de purification d'échappement granulaire est davantage améliorée, en prolongeant ainsi sa durée de vie. Au contraire, la surface du substrat qui doit être mise en contact avec le gaz d'échappement est réduite. Pour pouvoir empêcher la réduction de la zone de contact, un substrat C'' peut être formé suivant une forme tubulaire creuse comme indiqué sur la figure 4 afin d'assurer la zone de contact entre le substrat et le gaz d'échappement par la surface interne. En outre, la surface extérieure du substrat C'' est recouverte d'un matériau métallique P'' afin de présenter une excellente résistance à l'abrasion. La forme creuse du substrat C'' n'est pas limitée à la forme annulaire qui est indiquée sur la figure 4, mais il peut être également formé en un cylindre présentant
une partie angulaire creuse.
Dans le cas de l'utilisation de l'élément de purification d'échappement granulaire 10 en tant que piège à particules, il est préférable d'utiliser une céramique poreuse ou une étoffe non tissée constituée de fibres métalliques en tant que matériau de substrat. Lors de l'utilisation de la céramique pour le substrat du piège à particules, il est nécessaire d'obtenir une structure compacte. Il est préférable de recouvrir la surface extérieure du substrat avec le matériau métallique comme indiqué sur les figures 2 et 3 afin d'améliorer la résistance à l'abrasion en considérant l'aspect mentionné précédemment. Lors de l'utilisation de l'étoffe non tissée faite de la fibre métallique, il n'est pas nécessaire de recouvrir la surface
extérieure du substrat avec le matériau métallique.
Le substrat du piège à particules peut être formé suivant diverses formes comme on l'a mentionné précédemment. La figure 5 est une vue en coupe du substrat comportant une forme sphérique. Ce substrat est formé d'une étoffe non tissée en fibres métalliques à trois couches. Une couche la plus à l'extérieur A est grossière, et une couche intermédiaire B est moins grossière
que la couche A, et la couche la plus à l'intérieur C est fine.
Cette structure assure le piégeage des particules dont la taille
varie d'une taille relativement faible à une taille importante.
La structure multicouche mentionnée précédemment peut être
réalisée en utilisant des substrats de céramique.
La figure 6 est une vue en coupe simplifiée d'un second mode de réalisation du dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne de la présente invention. Seule la différence entre les premier et second modes de réalisation sera décrite ci-dessous. Dans ce mode de réalisation, un ventilateur 11 est prévu dans la section 5 à la place de l'élément de poussée 8. Le ventilateur 11 est entraîné par une unité d'entraînement lla disposée sur la surface extérieure du conduit d'échappement 1. L'unité d'entraînement lla est alimentée par une source d'énergie externe telle qu'une batterie du véhicule ou une prise du moteur. Un dispositif de chauffage 6' disposé dans la section 5 est sous forme d'une couronne, dont l'extérieur est recouvert d'un matériau isolant 6a'. Pour pouvoir régénérer l'élément de purification d'échappement granulaire 10 dans la section 5 par chauffage, le dispositif de chauffage 6' est actionné tout en mettant en oeuvre le ventilateur 11 grâce à l'unité d'entraînement lla de façon à créer un écoulement irrégulier de l'élément de purification d'échappement granulaire 10 comme indiqué parles flèches noires. Ceci permettra alors à l'élément de purification d'échappement granulaire entier 10 de passer au travers du passage intérieur du dispositif de chauffage en forme de couronne 6', grâce à quoi la chaleur provenant du dispositif de chauffage 6' agit efficacement sur l'élément de purification d'échappement granulaire 10, en vue d'une régénération par chauffage. L'utilisation d'un tel dispositif de chauffage en forme de couronne 6 peut permettre à la chaleur provenant du dispositif de chauffage d'agir uniquement sur une partie de l'élément de purification d'échappement granulaire 10 qui passe par l'intérieur du dispositif de chauffage 6' de manière restreinte, en réduisant ainsi davantage la consommation d'énergie pendant la régénération par chauffage, par comparaison
au premier mode de réalisation.
La figure 7 est une vue en coupe simplifiée d'un troisième mode de réalisation du dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne de la présente invention. Seule la différence entre les premier et troisième modes de réalisation sera expliquée. Dans le présent mode de réalisation, une ouverture supérieure 5a et une ouverture inférieure 5b sont ménagées dans la section 5, et un passage de communication 12 destiné à mettre en communication l'ouverture supérieure 5a avec l'ouverture inférieure 5b est prévu. Une partie du passage de communication 12 est agrandie, et un dispositif de chauffage en forme de couronne 6' est disposé sur la surface extérieure de celle-ci. La taille du passage intérieur du dispositif de chauffage 6' est égale à celle du passage intérieur du passage de communication 12 de façon à empêcher la génération d'une partie étagée. Un transporteur à vis 13 capable de déplacer de façon forcée l'élément de purification d'échappement granulaire 10 est disposé dans le passage de communication 12. De même, le premier élément en treillis 3 est prévu coïncider avec la surface d'extrémité inférieure de l'ouverture inférieure 5b de la section 5. Un troisième, un quatrième, et un cinquième élément en treillis 14, , 16 respectivement constitués de matériaux similaires à ceux des premier et second éléments en treillis sont disposés dans la
section 5.
Le troisième élément en treillis 14 s'étend depuis la surface de paroi intérieure du côté du passage de communication dans la partie agrandie 2 jusqu'à la position qui aboutit à une distance prédéterminée par rapport à l'autre surface de paroi intérieure de façon à coïncider avec la surface d'extrémité supérieure de l'ouverture inférieure 5b de la section 5. Le quatrième élément en treillis 15 s'étend de la même manière que le troisième élément en treillis 14 de façon à coïncider avec la
surface inférieure de l'ouverture supérieure 5a de la section 5.
Le cinquième élément en treillis 16 positionné au centre du troisième élément en treillis 14 et du quatrième élément en treillis 15 s'étend depuis la paroi intérieure opposée de la partie agrandie 2 jusqu'à la position qui aboutit à une distance prédéterminée par rapport à la paroi intérieure du côté du passage de communication. Une voie de circulation destinée à réguler la direction d'écoulement de tout l'élément de purification d'échappement granulaire 10 est définie par les cinq éléments en treillis mentionnés précédemment 3, 4, 14, 15 et 16 dans la section 5, y compris le passage de communication 12. Lors de la régénération de l'élément de purification d'échappement granulaire 10 dans la section 5 par chauffage, le dispositif de chauffage 6' est mis en oeuvre tout en actionnant le transporteur à vis 13. Ceci permet d'amener l'élément de purification d'échappement granulaire 10 à circuler comme indiqué par la flèche F au travers du passage de communication 12 et de la voie de circulation mentionnée précédemment. La chaleur provenant du dispositif de chauffage 6' agit efficacement sur l'élément de purification d'échappement granulaire 10 lorsqu'il passe par l'intérieur du dispositif de chauffage 6' en vue d'une régénération par chauffage. Comme on l'a mentionné précédemment, l'utilisation d'un dispositif de chauffage de forme tubulaire 6' permet à la chaleur provenant du dispositif de chauffage d'agir uniquement sur une partie de l'élément de purification d'échappement granulaire 10 passant par l'intérieur du dispositif de chauffage 6' de manière restreinte, en réduisant ainsi la consommation d'énergie pendant
la régénération par chauffage.
Le dispositif de purification d'échappement du présent mode de réalisation est muni de la voie de circulation, qui permet à tout l'élément de purification d'échappement granulaire 10 de passer en séquence à proximité du dispositif de chauffage 6' façon à plus sûre, par comparaison aux deux modes de réalisation mentionnés précédemment. De ce fait, l'élément de purification d'échappement granulaire 10 peut être régénéré par chauffage de façon plus sûre et efficace. Dans le présent mode de réalisation, le transporteur à vis 13 disposé dans le passage de communication 12 est utilisé en tant que moyen pour faire
circuler l'élément de purification d'échappement granulaire 10.
Cependant, d'autres types de transporteurs capables de déplacer de façon forcée les éléments granulaires peuvent être également utilisés. Le fait de former la voie de circulation dans la section 5 est efficace pour les premier et second modes de réalisation. Il est également possible de former le passage de communication
avec un dispositif de chauffage disposé à l'intérieur de celui-
ci dans les premier et second modes de réalisation.
La figure 8 est une vue en coupe simplifiée d'un quatrième mode de réalisation du dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne de la présente invention. Dans le présent mode de réalisation, une référence numérique 101 représente un passage d'échappement amont, une référence 102 représente un passage d'échappement aval et une référence 103 représente une section du dispositif de purification d'échappement présentant une section transversale rectangulaire allongée dans le sens de la longueur. Dans la section 103, une paroi centrale s'étendant longitudinalement 104 est prévue pour définir l'espace annulaire à l'intérieur de celle-ci. Le passage d'échappement amont 101 est relié à la section 103 par l'intermédiaire d'une ouverture formée dans le côté gauche inférieur de la section 103. Le passage d'échappement aval 102 est relié à la section 103 par l'intermédiaire d'une ouverture formée dans le côté supérieur droit de la section 103. Un élément en treillis 105, similaire à ceux décrits précédemment, est disposé au niveau de chaque ouverture. Un dispositif de chauffage 106 est disposé sur le côté inférieur droit de la section 103 dans lequel une pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires tels que
mentionnés ci-dessus, sont placés.
Dans le dispositif de purification d'échappement ainsi constitué, le gaz d'échappement circule dans la section 103 depuis le passage d'échappement amont 101 représenté par la flèche blanche F, et passe par l'espace annulaire à l'intérieur de la section 103 dans le sens des aiguilles d'une montre depuis le côté inférieur gauche vers le côté supérieur droit, et circule dans le passage d'échappement aval 102. A cet instant, le gaz d'échappement est purifié par l'élément de purification
d'échappement granulaire placé dans la section 103.
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Les éléments de purification d'échappement granulaires de la section 103 sont mis en circulation au travers de l'espace annulaire par un écoulement du gaz d'échappement tel qu'indiqué par la flèche F. A cet instant, en supposant que chacun des éléments de purification d'échappement granulaires présente pratiquement les mêmes masse spécifique, taille et poids, l'élément de purification d'échappement granulaire circule au travers de l'espace annulaire régulièrement grâce au gaz d'échappement dans la mesure o la quantité de gaz d'échappement reste dans une plage prédéterminée. Lorsque la quantité de gaz d'échappement chute en dessous de la plage prédéterminée, le gaz d'échappement ne réussit pas à déplacer l'élément de purification d'échappement granulaire. Il en résulte qu'aucune circulation de l'élément de purification d'échappement granulaire n'est créée. Lorsque la quantité de gaz d'échappement dépasse la plage prédéterminée, le gaz d'échappement pousse l'élément de purification d'échappement granulaire contre la
périphérie extérieure de l'espace annulaire à être immobilisé.
Il en résulte qu'aucun écoulement de l'élément de purification
d'échappement granulaire n'est créé.
Dans le présent mode de réalisation, des éléments de purification d'échappement granulaires 10a, lOb et 10c de masse spécifique équivalente et de tailles différentes (grande, moyenne, petite) sont placés dans la section 103. Lorsque la quantité de gaz d'échappement est dans une plage prédéterminée, l'élément de purification d'échappement granulaire de taille moyenne lOb circule régulièrement au travers de l'espace annulaire. Lorsque la quantité de gaz d'échappement tombe en dessous de la plage prédéterminée, l'élément de purification d'échappement granulaire de petite taille lOc circule régulièrement au travers de l'espace annulaire. Lorsque la quantité de gaz d'échappement dépasse la plage prédéterminée, l'élément de purification d'échappement granulaire de grande taille 10a circule régulièrement au travers de l'espace annulaire. De cette manière, en mettant en oeuvre le dispositif de chauffage 106 pour régénérer l'élément de purification d'échappement granulaire par chauffage, l'élément de purification d'échappement granulaire de l'une ou l'autre taille circule constamment au travers de l'espace annulaire en s'écoulant indépendamment de la variation de quantité de gaz
d'échappement qui est due à l'état de fonctionnement du moteur.
Il en résulte que l'élément de purification d'échappement granulaire passant à proximité du dispositif de chauffage 106 est régénéré par chauffage. La consommation d'énergie pour régénérer l'élément de purification d'échappement entier par
chauffage, peut ainsi être réduite.
Dans le présent mode de réalisation, chaque masse spécifique des trois types d'éléments de purification d'échappement
granulaires peut varier à la place de leurs tailles respectives.
Dans le présent mode de réalisation, l'élément de purification d'échappement granulaire est mis en circulation par la pression du gaz d'échappement. Comme indiqué sur la figure 8, un élément de poussée 8' et un ressort 8a' peuvent être disposés de telle sorte que l'élément de purification d'échappement granulaire soit repoussé par le déplacement vertical de l'élément de poussée 8' à la suite d'une vibration du véhicule, et l'élément de purification d'échappement granulaire est mis en circulation
comme dans le premier mode de réalisation.
La figure 9 est une vue en coupe simplifiée du cinquième mode de réalisation du dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne de la présente invention. Dans le présent mode de réalisation, seule la différence entre les quatrième et cinquième modes de réalisation sera décrite. Dans le présent mode de réalisation, deux sections
similaires à celles décrites ci-dessus sont ajoutées en série.
Le passage d'échappement amont 101 est relié à l'ouverture formée dans la partie inférieure gauche d'une première section
103a qui est située à la position la plus proche du côté amont.
Une ouverture formée dans la partie supérieure droite de la première section 103a et une ouverture formée dans la partie inférieure gauche d'une section 103b à une position la plus proche en second du côté amont sont interconnectées par un passage de liaison 107. Une ouverture formée dans la partie supérieure droite de la seconde section 103b et une ouverture formée dans la partie inférieure gauche de la troisième section 103c qui est située à la position la plus proche du côté aval sont interconnectées par un autre passage de liaison 108. Le passage d'échappement aval 102 est relié à une ouverture formée dans le côté supérieur droit de la troisième section 103c. Un
élément en treillis 105 similaire à celui qui a été décrit ci-
dessus est disposé au niveau de chaque ouverture.
Dans le présent mode de réalisation, une pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires de petite taille ou de faible poids 10' est placée dans les première, seconde et troisième sections, 103a, 103b, et 103c, respectivement. Dans le dispositif de purification d'échappement ainsi constitué, le gaz d'échappement passe par chaque section comme décrit précédemment, suivant l'indication de la flèche blanche E. Lorsque la quantité de gaz d'échappement est relativement faible, l'élément de purification d'échappement granulaire 10' circule bien et circule au travers de la première section 103a. Le gaz d'échappement passant par la seconde section 103b subit une perte de pression qui résulte du passage au travers de la première section 103a. Le gaz d'échappement passant par la troisième section 103c subit également une perte de pression qui résulte du passage au travers des première et seconde sections 103a et 103b. De ce fait, l'écoulement de l'élément de purification d'échappement granulaire 10' n'est pas
créé dans la seconde section 103b et la troisième section 103c.
A mesure de l'augmentation de la quantité de gaz d'échappement, l'élément de purification d'échappement granulaire 10' est pressé contre la périphérie extérieure de l'espace annulaire et se trouve immobilisé. Lorsque le gaz d'échappement circule jusque dans la seconde section 103b, comme il subit une perte de pression appropriée en raison de la première section 103a, l'élément de purification d'échappement granulaire 10' circule au travers de la seconde section 103b régulièrement. A ce moment, aucune circulation de l'élément de purification d'échappement granulaire 10' n'est créée dans la troisième section 103b pour la même raison que celle mentionnée ci-dessus. Lorsque la quantité de gaz d'échappement augmente davantage, les éléments de purification d'échappement granulaires 10' dans la première et la seconde sections respectives 103a et 103b sont pressés contre la périphérie extérieure de l'espace annulaire et se trouvent immobilisés. Cependant, lorsque le gaz d'échappement circule dans la troisième section 103c, il subit une perte de pression appropriée en raison des première et seconde sections 103a et 103b. L'élément de purification d'échappement granulaire ' circule ainsi au travers de la troisième section 103c régulièrement. De ce fait, en utilisant le dispositif de chauffage 106 dans chaque section pour régénérer l'élément de purification d'échappement granulaire 10' par chauffage, l'élément de purification d'échappement granulaire circule en permanence au travers de l'espace annulaire en circulant dans l'une ou l'autre des sections pour être régénéré par chauffage tout en passant à proximité du dispositif de chauffage 106 indépendamment de la variation de la quantité de gaz d'échappement due à l'état de fonctionnement du moteur. La consommation d'énergie pour la régénération de tout l'élément de purification d'échappement par
chauffage, peut être réduite.
La figure 10 est un schéma simplifié illustrant le sixième mode de réalisation d'un dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne de la présente invention. Dans le présent mode de réalisation, une référence numérique 200 représente un bloc-moteur, et une référence numérique 201 représente un conduit d'échappement, et une référence numérique 202 est un dispositif de purification d'échappement tel que décrit dans le mode de réalisation mentionné précédemment. Un dispositif d'alimentation en carburant 203 est disposé dans le passage d'échappement 201 en
amont du dispositif de purification d'échappement 202.
Un catalyseur d'oxydation est en outre porté par l'élément de purification d'échappement granulaire dans le dispositif de purification d'échappement 202, grâce à quoi le carburant est alimenté dans le conduit d'échappement 201 lors de la régénération par chauffage. La température de l'élément de purification d'échappement granulaire situé du côté amont d'échappement du dispositif de purification d'échappement 202 est relevée par la chaleur de combustion qui résulte du brûlage du carburant fourni au moyen du catalyseur d'oxydation. Lorsque l'élément de purification d'échappement granulaire circule pour passer à proximité du dispositif de chauffage à l'intérieur du dispositif de purification d'échappement 202, la température de l'élément de purification d'échappement granulaire peut être facilement augmentée pour atteindre la température de
régénération, en réduisant ainsi la consommation d'énergie.
Dans le présent mode de réalisation, le dispositif d'alimentation en carburant 203 est disposé dans le passage d'échappement 201. En supposant que l'injecteur de carburant est du type à injection dans le cylindre, le carburant peut être alimenté vers l'élément de purification d'échappement granulaire placé dans le dispositif de purification d'échappement 202 par l'intermédiaire de l'injection du carburant durant le temps d'échappement. Dans la totalité des modes de réalisation mentionnés précédemment, le dispositif de chauffage utilisé pour chauffer l'élément de purification d'échappement granulaire n'est pas limité au type électrique, mais peut également être d'un type qui utilise l'énergie provenant d'autres sources, par exemple un
brûleur ou analogue.

Claims (19)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend: une pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires (10) placés à l'intérieur d'une section prédéterminée d'un conduit d'échappement, un moyen de chauffage (6) destiné à chauffer lesdits éléments de purification granulaires situés à proximité de celui-ci, et un moyen de circulation (8, 8', 11, 13) destiné à faire circuler ladite pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires (10) de façon à ce qu'ils passent à proximité dudit moyen de chauffage (6, 6') dans ladite section
prédéterminée.
2. Dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie de ladite pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires (10) est repoussée dans une direction prédéterminée par ledit moyen de
circulation (8) en utilisant la pression du gaz d'échappement.
3. Dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie de ladite pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires (10) est repoussée dans une direction prédéterminée par ledit moyen de
circulation (8, 8') en utilisant une vibration.
4. Dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie de ladite pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires (10) est repoussée dans une direction prédéterminée par ledit moyen de
circulation (11) en utilisant une source d'énergie externe.
5. Dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un substrat (C) dudit élément de purification d'échappement granulaire (6) est constitué d'une
céramique poreuse.
6. Dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (C) dudit élément de purification d'échappement granulaire (10) est constitué d'un
métal poreux.
7. Dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que la surface extérieure du substrat (C) dudit élément de purification d'échappement granulaire (10) est recouverte au moins partiellement d'un
matériau résistant à l'abrasion (P).
8. Dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une voie de circulation (12) est formée à l'intérieur d'une section prédéterminée afin de faire circuler ladite pluralité d'éléments de purification d'échappement
granulaires (10).
9. Dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de chauffage (6, 6') est disposé à l'intérieur de la section prédéterminée à une position
à laquelle ne passe aucun gaz d'échappement.
10. Dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de purification d'échappement granulaire (10) est formé sous forme d'un convertisseur catalytique, qui est chauffé par ledit moyen de chauffage (6, 6') afin d'éliminer une composition organique
soluble qui adhère à celui-ci.
11. Dispositif de purification d'échappement d'un moteur à combustion interne selon la revendication 10, caractérisé en ce que le cadencement du fonctionnement dudit dispositif de chauffage (6) est défini conformément à la diminution du taux de purification du dispositif de purification d'échappement en comparant les teneurs en substances dangereuses devant être purifiées dans la partie amont et la partie aval de ladite section prédéterminée.
12. Dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de purification d'échappement granulaire (10) est formé sous forme d'un absorbant d'oxydes d'azote, qui est chauffé par ledit moyen de chauffage (6, 6') pour éliminer le soufre absorbé par ledit
absorbant d'oxydes d'azote.
13. Dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de purification d'échappement granulaire (10) est formé sous forme d'un piège à particules, qui est chauffé par ledit moyen de chauffage (6, 6') afin de brûler les particules piégées par ledit piège à particules.
14. Dispositif de purification d'échappement d'un moteur à combustion interne selon la revendication 13, caractérisé en ce que le cadencement du fonctionnement dudit dispositif de chauffage (6) est défini conformément à une quantité de particules piégées en comparant la pression d'échappement en
amont et en aval du dispositif de purification d'échappement.
15. Dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit élément de purification d'échappement granulaire (10) présente une structure multicouche poreuse, dont chaque pore présente une taille qui diminue en
direction du centre de celle-ci.
16. Dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un autre moyen de chauffage (106) est prévu en vue du chauffage d'au moins une partie de ladite pluralité
d'éléments de purification d'échappement granulaires.
17. Dispositif de purification d'échappement destiné à un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de circulation (8, 8', 11, 13) fait circuler ladite pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires (10) à l'intérieur d'une section prédéterminée au moyen d'un écoulement de gaz d'échappement, et ladite pluralité d'éléments de purification d'échappement granulaires (10) est formée d'au moins deux types d'éléments de purification d'échappement granulaires présentant soit une masse
spécifique, soit une taille différente.
18. Dispositif de purification d'échappement d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une étoffe non tissée faite de fibres métalliques est utilisée en tant qu'élément de purification d'échappement
granulaire (10).
19. Dispositif de purification d'échappement d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de chauffage (6') est disposé à l'intérieur d'un passage de communication (12) dans lequel ledit dispositif de chauffage (6') présente une forme en couronne laissant passer l'élément de purification d'échappement granulaire (10) au
travers de celle-ci.
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