FR2839532A1 - Systeme d'echappement des gaz pour moteur diesel, qui presente un filtre a particules - Google Patents

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Peter Zacke
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Abstract

L'invention concerne un système d'échappement des gaz pour moteurs diesel qui présente un filtre à particules.Système caractérisé en ce qu'un échangeur de chaleur (2) est adjoint au filtre à particules (8) pour l'échange de chaleur entre les gaz d'échappement sortant (6) du filtre à particules et les gaz d'échappement entrant (4) dans le filtre à particules.

Description

- 1
DESCRIPTION
La presente invention concerne un systeme d'echappement des gaz pour moteur diesel, qui presente un filtre a particules, particulierement un filtre a
particules pouvant etre regenere thermiquement.
Le but le plus recherche est que le filtre a particules du systeme d'echappement des gaz se regenere constamment, pour l'essentiel par oxydation des particules filtrees (qui se composent principalement de suie, et d'hydrocarbures et composes soufres non brules et accumules). Dans une partie des cas de charge globale du moteur diesel, la combustion constante des particules filtrees est relativement aisee, particulierement du fait que la temperature des gaz d'echappement est comparativement elevee (exemple typique: le moteur diesel tourne a plein regime). Mais il existe des cas de charge, dans lesquels la temperature des gaz d'echappement est relativement basse (exemple typique: le moteur diesel tourne a faible regime et sous une exigence de charge elevee), de
telle facon que seule une combustion insuffisante des particules filtrees ait lieu.
Jusqu'a maintenant, on s'efforcait de controler ces etats de charge en operant un echauffement des gaz d'echappement au-dela du niveau de temperature regnant ordinairement dans le systeme d'echappement de gaz. Des exemples typiques en vent ['injection de carburant supplementaire dans le systeme d'echappement de gaz (se combustion produisant un apport de chaleur aux gaz d'echappement) ou aussi l'adjonction d'un bruleur (dans lequel du carburant supplementaire est brule avec de l' air apporte en sus) au filtre a particules. On connat aussi un revetement catalytique du filtre a particules, grace auquel il est possible de diminuer la temperature requise pour la regeneration thermique du filtre a particules. L'apport d' energie thermique supplementaire dans le gaz d' echappement degrade considerablement le bilan energetique total du moteur diesel. Avec le revetement catalytique du filtre a particules, il n' est pas possible d' eviter encore [' existence de cas de charge du moteur diesel, dans lesquels la regeneration thermique du filtre a
particules est nettement insuffisante.
La presente invention a pour objectif de mettre a disposition un systeme d'echappement des gaz, dans lequel le filtre a particules se regenere suffisamment en continu, mais ou la quantite d'energie thermique supplementaire a apporter, si
tent est que cela soit necessaire, est comparativement faible.
Pour atteindre cet objectif, le systeme d'echappement des gaz pour moteur diesel est caracterise par le fait qutun echangeur de chaleur est adjoins au filtre a particules pour l'echange de chaleur entre les gaz d'echappement sortant du filtre
a particules et les gaz d'echappement entrant dans le filtre a particules.
Grace a cet echange de chaleur, le gaz d'echappement - au moins dans de nombreuses phases de fonctionnement du moteur diesel - afflue au filtre a particules a une temperature plus elevee que celle qui serait obtenue sans echange de chaleur. Quand on prevoit en plus, ce qui est preferable, un dispositif qui permet d'elever la temperature des gaz d'echappement au niveau du filtre a particules par le biais d'un autre apport de chaleur, alors le volume necessaire de
l'apport de chaleur est nettement plus faible que sans l'echangeur de chaleur.
L'echangeur de chaleur est de preference un echangeur thermique a contre courant. Les echangeurs thermiques a contre courant ont un degre d'efficacite d'echange de chaleur particulierement eleve. A cela s'ajoute, dans le cas de ['invention, que l'echangeur de chaleur a contre courant donne justement des possibilites particulierement interessantes en matiere d'integration etroite avec le
filtre a particules.
Dans une realisation particulierement preferee de ['invention, le filtre a particules et l'echangeur de chaleur vent reunis en un reacteur echangeur de chaleur - filtre a particules. On peut dire ici, du point de vue du << reacteur >>, que la zone du filtre a particules est en particulier egalement l'endroit ou se produit la
reaction chimique en vue de transformer les particules filtrees.
Le reacteur echangeur de chaleur - filtre a particules presente de preference une premiere paroi de separation, con,cue a titre de filtre a particules, et la premiere paroi est de preference incorporee au reacteur echangeur de chaleur filtre a particules de telle sorte qutune zone de la premiere paroi, quand elle est chargee de particules, fonctionne comme paroi d'echange de chaleur. Cette configuration represente un perfectionnement particulierement important du systeme d'echappement de gaz selon ['invention. La premiere paroi a en effet
pour fonction d'une part d'agir en tent que filtre a particules pouvant etre traverse.
D'autre part, ce perfectionnement de ['invention permet a la paroi filtre a particules chargee de fonctionner avec une bonne reussite en tent que paroi d'echange de chaleur. Le resultat etant que les portions de surface de la paroi qui fonctionnent d'une part a titre de filtre a particules, d'autre part a titre de paroi d'echange de chaleur, vent de taille differente selon la quantite de particules
filtrees et oxydees.
Cette premiere paroi peut s'etendre a travers la zone du filtre a particules et la zone d'echange de chaleur du reacteur echangeur de chaleur - filtre a particules, de telle facon qu'il n'y ait, en cas extreme, absolument aucune paroi de separation dans la partie echange de chaleur, qui ne soit pas aussi une paroi filtre a particules a l'etat largement non charge. Cette realisation concretise le principe selon lequel on n'a normalement peu ou pas besoin d'echange de chaleur dans une phase de fonctionnement avec peu de production de particules et avec une bonne oxydation
des particules filtrees.
Mais il est aussi possible que le reacteur echangeur de chaleur - filtre a particules presente une deuxieme paroi impermeable au flux, qui sert a ltechange de chaleur. Cette deuxieme paroi se transforme en la premiere paroi de facon particulierement preferee, de telle fa,con cependant que le mecanisme d'augmentation et reduction de la surface echangeant la chaleur, en fonction de la
charge de particules, decrit precedemment puisse se derouler.
De preference, plusieurs premieres parois de separation, avec chambre de flux entre elles, et le cas echeant plusieurs deuxiemes parois de separation, avec chambre de flux entre elles, vent prevues. La realisation est alors de preference telle que le gaz d'echappement entrant soit reparti sur differentes voies de flux, traversees en parallele, et le gaz d'echappement sortant, venant de differentes
voies d'echappement de gaz, traversees en parallele, soit rassemble et redistribue.
Une possibilite technique particulierement simple pour obtenir le modele de flux decrit precedemment, consiste a prevoir une piece de montage configuree en forme de meandres, qui forme plusieurs parois de separation. I1 faut malgre tout insister sur le fait que ['invention ne se limite en aucun cas a des parois de separation echangeuses de chaleur ou des parois de separation filtre a particules planes. Les voies de flux peuvent etre par exemple en forme de spirale et des voies de flux peuvent par exemple 8tre prevues avec une section transversale en couronne. De preference, le filtre a particules est revetu catalytiquement. Cela abaisse la temperature a partir de laquelle une regeneration thermique du filtre a particules est possible. Plus cette temperature de demarrage de regeneration est basse, plus on aura de phases de fonctionnement pendant lesquelles il se produira un echange de chaleur du gaz d' echappement sortant vers le gaz d' echappement entrant. Le revetement catalytique peut aussi etre tel qu'il active l'oxydation des composants
de gaz d'echappement oxydables, particulierement le CO et les hydrocarbures.
De preference, un convertisseur catalytique, de maniere preferee entre toutes, un convertisseur d'oxydation, est prevu avant le filtre a particules. Les hydrocarbures, particulierement non brules, CO et NO, s'oxydent au moyen du convertisseur d'oxydation. Le NOX resultant de l'oxydation du NO peut etre utile pour l'oxydation de particules dans le filtre a particules suivant (ce qui est appele l'effet CRT, pour "continuous regeneration trap" ou filtre a regeneration continue). Le convertisseur monte en amont peut etre positionne avant l'echangeur de chaleur, dans ltechangeur de chaleur ou entre l'echangeur de chaleur et le filtre a particules, de maniere preferee entre toutes dans la zone
d'echange de chaleur du reacteur echangeur de chaleur - filtre a particules.
De preference, un convertisseur catalytique, de maniere preferee entre toutes un convertisseur d'oxydation ou un convertisseur de stockage des NOX, est prevu apres le filtre a particules. Le convertisseur d'oxydation peut servir en
particulier a l'oxydation du CO provenant de la regeneration du filtre a particules.
Pour un convertisseur de stockage des NOX qui peut stocker pendant un temps donne les NOX presents dans le gaz d'echappement le traversant et qui peut par la suite les reduire en cas d'excedent d'hydrocarbure transitoire et les rejeter, une fenetre de temperatures relativement etroite est normalement necessaire et elle est relativement facile a trouver et a appliquer dans le cas du systeme d'echappement
de gaz selon ['invention.
- 5 Le convertisseur monte en aval peut etre positionne entre le filtre a particules et l'echangeur de chaleur ou dans l'echangeur de chaleur ou bien apres l'echangeur de chaleur, mais il est particulierement preferable de positionner le convertisseur monte en aval dans la zone d'echange de chaleur du reacteur echangeur de chaleur - filtre a particules. Le positionnement apres l'echangeur de chaleur est moins favorable du point de vue energetique, car ['elevation de la temperature des gaz d'echappement par oxydation a cet endroit est perdue pour le
bilan energetique de la combinaison filtre a particules et echange de chaleur.
De preference, un dispositif, qui permet une elevation de la temperature des gaz d'echappement, autrement que par echange de chaleur entre le gaz d' echappement sortant et le gaz d' echappement entrant est prevu dans le systeme d'echappement des gaz selon ['invention. A cet effet, toutes les possibilites, qui, en soi, vent etat de la technique, done sans la configuration du systeme d'echappement de gaz selon ['invention, entrent de preference en ligne de compte: en particulier ['injection de carburant dans le gaz d'echappement, le
bruleur pour bruler le carburant, ltelement chauffant electrique.
Le dispositif d'elevation de la temperature est realise de sorte qu'il puisse provoquer une elevation de temperature des gaz d'echappement: avant et/ou dans l'echangeur de chaleur, - apres ltechangeur de chaleur mais avant et/ou dans le filtre a particules,
- dans le convertisseur monte en amont.
En variante, le dispositif d'elevation de temperature fonctionne avec ['injection de carburant dans les gaz d'echappement. Le dispositif peut aussi presenter un
bruleur pour la combustion du carburant ou un element de chauffage electrique.
Dans de nombreux cas, la zone situee entre l'echangeur de chaleur et le filtre a particules (jusqu'a la repercussion dans le filtre a particules lui-meme) sera favorable, se repercutant tout a fait favorablement en augmentant la temperature dans l'un des convertisseurs montes en amont du filtre a particules, car, de cette maniere, ltenergie thermique apportee en sus reste le plus parfaitement dans la
combinaison echangeur thermique - filtre a particules.
- 6 De preference, une derivation pouvant etre activee et desactivee, qui commence a l'arriere du filtre a particules et contourne l'echangeur de chaleur est prevue. Une telle derivation est alors particulierement avantageuse quand, grace a la regeneration du filtre a particules et/ou par le biais d'autres convertisseurs catalytiques, une si grande quantite de chaleur est apportee au gaz d'echappement la traversant qutun transfert d'une partie de cette chaleur au gaz d'echappement entrant provoque un danger de surchauffe du filtre a particules et/ou d'autres convertisseurs catalytiques de gaz d'echappement. Pour ['activation ou la desactivation de la derivation, on dispose en particulier d'un clapet de gaz d'echappement ou d'un autre element d'interruption du flux de gaz d'echappement. On prefere cependant tout particulierement economiser les depenses liees a une derivation commutable. On expose encore plus precisement ci-apres comment on s'en sort frequemment sans derivation dans le cas de
['invention, grace a un effet d'autoregulation du transfert de chaleur.
Le filtre a particules, de preference la premiere paroi de separation, se compose de metal fritte. La ceramique frittee, le non-tisse et le nontisse fritte vent des alternatives bien utilisables. I1 faut remarquer que, dans ['invention, le filtre a particules ne doit pas obligatoirement etre forme de maniere entierement permeable. Il est possible de prevoir des filtres que l'on appelle << wall flow >> ou flux de paroi dans lesquels le materiau du filtre absorbe des particules dans le gaz d'echappement circulant le long de celui cf. Quand on a une premiere paroi fonctionnant en tent que filtre a particules et une deuxieme paroi fonctionnant en tent qu'echangeur de chaleur, on peut en particulier proceder en reunissant une tole impermeable au flux, par exemple par soudure, le long d'un bord, a un materiau plat pouvant etre traverse. On peut aussi travailler avec un materiau plat completement poreux a l'etat initial qui est traite sur une partie de sa largeur pour refermer les pores et qui ensuite donne un materiau de depart parfait pour constituer la premiere paroi de separation et la
deuxieme paroi de separation.
I1 se produit dans le systeme d'echappement des gaz selon ['invention une sorte de recuperation de la chaleur. La chaleur qui est produite en particulier par oxydation des composants du gaz d'echappement dans la combinaison filtre a particules et echangeur de chaleur ou qui est apportee par un dispositif supplementaire d' elevation de la temperature peut rester dans une large mesure dans cette combinaison et 8tre utilement utilisee pour regenerer le filtre a particules en cas d'etats de fonctionnement ayant un niveau de temperature des gaz d'echappement insuffisant pour la regeneration. I1 faut insister sur le fait que la combinaison echangeur de chaleur et filtre a particules citee constitue de preference une integration materielle etroite, en particulier sous la forme d'un dispositif dans un bo^tier commun, de maniere encore preferee avec au moins une paroi de separation qui est en partie une paroi d'echange de chaleur et en partie une paroi filtre a particules. La combinaison citee peut aussi ne pas etre une integration materielle, en particulier sous la forme d'un echangeur de chaleur avec son propre botier et un filtre a particules qui y est relic (facultativement avec un convertisseur monte en amont et/ou un convertisseur monte en aval) dans un
botier propre.
Conformement a ['invention, la deuxieme paroi de separation se compose
de metal fritte traite de maniere a obturer les pores.
En particulier quand on travaille avec une paroi de separation (ou plusieurs parois de separation), qui ne presente pas de partie impermeable au flux ou une partie impermeable au flux relativement petite, on obtient avec le systeme
d'echappement de gaz selon ['invention un tout nouvel effet d'autoregulation.
Quand le systeme d'echappement de gaz ainsi configure est exploite dans un etat de fonctionnement a haute temperature des gaz d'echappement, les particules de
gaz d'echappement filtrees vent eliminees rapidement par regeneration constante.
I1 ne produit pas de chargement de particules d'epaisseur de charge elevee. Toute la partie initiale permeable au flux, de la paroi de separation reste permeable au flux. Quand, en revanche, le systeme d'echappement des gaz est exploite dans un etat de fonctionnement critique pour la regeneration, un chargement de particules va se former sur la paroi initiale au flux (respectivement sur la partie initiale permeable au flux, de la paroi de separation), et ce, de preference, dans la zone qui est la plus proche de l'extremite du flux entrant de l'echangeur de chaleur, car, a cet endroit, la resistance du flux a la submersion en direction du cote du flux sortant de l'echangeur de chaleur y est la plus faible. Le chargement en particules - 8 conduira a cet endroit a entraver cette submersion toujours plus fortement. Au final, la frontiere entre la partie plutot impermeable au flux et la partie permeable au flux se deplacera de plus en plus loin de ['entree de l'echangeur de chaleur pour s'approcher de la zone initiale prevue, comme filtre. Grace a ce deplacement, S la taille de la surface d'echange de chaleur augrnente alors! L'echange de chaleur s'intensifie et cela ameliore les conditions de regeneration de la zone servant de
filtre a particules.
L' amelioration des conditions de regeneration du filtre a particules selon ['invention a egalement pour effet que l'epaisseur du depot de particules - en moyenne dans le temps - dans le filtre a particules est moins importante qu'en ['absence du mode de realisation selon ['invention. Ainsi, on obtient en moyenne une perte de pression plus faible du gaz d'echappement lors de la traversee du
filtre a particules. Cela diminue la consommation de carburant du moteur diesel.
Dans cette invention, le moteur diesel est de preference le moteur d'une automobile. Mais il peut aussi s'agir d'un moteur diesel dans d'autres domaines d'application, par exemple pour un groupe electrogene, pour une pompe, etc
L'invention et les modes de realisation preferes de ['invention vent plus
amplement expliques par la suite au moyen d'exemples de realisation, presentees
schematiquement par des dessins.
Les figures 1 a 9 montrent chacune une combinaison d'un filtre a particules et d'un echangeur de chaleur, dans laquelle ['integration n'est pas suffisamnent etroite pour qu'une paroi d'echange de chaleur se transfonne en une
paroi filtre a particules.
Les figures 10 a 15 montrent chacune un reacteur echangeur de chaleur
filtre a particules.
La partie d'un systeme d'echappement de gaz pour moteur diesel, dessinee sur la figure 1, presente un echangeur de chaleur 2, vers lequel afflue le gaz d' echappement selon la fleche 4 et dont part le gaz d' echappement selon la fleche 6, et un filtre a particules 8. Le filtre a particules 8 est dispose a proximite physique de l'echangeur de chaleur 2. Un bo^tier commun peut etre prevu, mais ce n'est pas obligatoire. I1 existe une vole de circulation 10 partant de l'extremite du << cote le plus froid >> 2a de l'echangeur de chaleur 2 en direction du filtre a particules et une vole de circulation 12 partant du filtre a particules 8 en direction du << cote le plus chaud >> 2b de l' echangeur de chaleur 2. L' echangeur de chaleur
2 est un echangeur de chaleur a contre-courant.
Le filtre a particules 8 est. dans l'exemple de realisation dessine, un filtre a particules revetu catalytiquement. L'energie thermique, qui est liberee par la regeneration constante du filtre a particules 8 par oxydation des particules filtrees, provoque une elevation de temperature du flux de gaz d'echappement passant par le filtre a particules 8. Cette quantite de chaleur peut etre recuperee en grande partie dans l'echangeur de chaleur 2 de sorte que le gaz d'echappement arrive dans le filtre a particules 8 a une temperature plus elevee que s'il n'y avait pas
d'echangeur de chaleur.
Dans l'exemple de realisation de la figure 1, le filtre a particules 8 est represente en tent que filtre a particules revetu catalytiquement, de meme que dans la plupart des exemples de realisation suivants. I1 faut souligner que le filtre a particules 8 peut dans tous les cas avoir en variante un revetement catalytique ou pas. L'exemple de realisation sur la figure 2 se differencie de l'exemple de realisation sur la figure 1 par une derivation 14 qui peut etre, au choix, activee ou desactivee au moyen d'un clapet d'echappement de gaz 16. La derivation 14 contourne le cote le plus chaud 2b de l'echangeur de chaleur. La derivation 14 est activee quand le gaz d'echappement arrivant dans le filtre a particules 8 est tellement chaud qu'un rechauffement supplementaire dans l'echangeur de chaleur
2 n'est pas souhaitable.
Il faut souligner que la derivation 14 dessinee sur la figure 2, qui est aussi dessinee de maniere analogue dans les exemples de realisation selon les figures 3 a 9, ne doit pas etre obligatoirement presente. Wile peut etre absente dans tous les
modes de realisation.
Le mode de realisation selon la figure 3 se differencie du mode de realisation selon la figure 2 en ce qu'un convertisseur d'oxydation 18 est positionne entre l'echangeur de chaleur 2 et le filtre a particules 8. Le convertisseur d'oxydation 18 a pour fonction d'oxyder les composants du gaz d'echappement non brules, en particulier les hydrocarbures et le CO. Cela conduit - 10 a une elevation de temperature des gaz d'echappement. Le filtre a particules 8 peut etre realise sans revetement catalytique, tout particulierement en cas de
presence d'un convertisseur d'oxydation avant le filtre a particules 8.
Le mode de realisation selon la figure 4 se differencie du mode de realisation selon la figure 3 en ce que des hydrocarbures ou du carburant peuvent etre inj ectes dans le flux de gaz d' echappement avant le convertisseur d' oxydation 18, voir la fleche 20. Les hydrocarbures injectes brulent avec le reste d'oxygene present dans le gaz d'echappement et provoquent une elevation de temperature du gaz d'echappement, moyennant quoi la quantite d'energie supplementaire
correspondante est recuperee en grande partie dans l'echangeur de chaleur 2.
L'injection des hydrocarbures est de preference realisee seulement pendant les phases de fonctionnement ou la regeneration du filtre a particules 8 ne serait pas suffisante autrement. La combustion des hydrocarbures injectes se produit particulierement bien avec le convertisseur d'oxydation 18, mais ne depend pas
obligatoirement du convertisseur d'oxydation 18.
Le mode de realisation selon la figure 5 se differencie du mode de realisation selon la figure 4 en ce qu'au lieu d'un filtre a particules 8 non revetu catalytiquement et d'un convertisseur d'oxydation 20 monte en amont, on prevoit un filtre a particules revetu catalytiquement 8. Le revetement catalytique a pour effet egalement que le filtre a particules 8 peut aussi bien oxyder les composants
du gaz d'echappement oxydables qu'oxyder les particules filtrees.
Le mode de realisation selon la figure 6 se differencie du mode de realisation selon la figure 5 en ce qu'au lieu de ['injection d'hydrocarbures, on prevoit un element de chauffage electrique. Le mode de realisation selon la figure 7 se differencie du mode de realisation selon la figure 5 en ce qutau lieu de ['injection dthydrocarbures, on prevoit un bruleur 24 qui brule les hydrocarbures ou le carburant, moyennant quoi de l' air supplementaire est apporte en general dans le bruleur. La fonction de ce dispositif d'elevation de temperature est la
meme que celle decrite au moyen des figures 4 et 5.
Le mode de realisation selon la figure 8 se differencie du mode de realisation selon la figure 3 en ce que l' on prevoit en plus un convertisseur d'oxydation 26 revetu catalytiquement, monte en aval du filtre a particules 8. Le convertisseur d'oxydation 26 sert en premiere ligne a l'oxydation du CO encore
present. Un catalyseur de stockage des NOX pourrait en variante y etre prevu.
Le mode de realisation selon la figure 9 se differencie du mode de realisation selon la figure 8 en ce que le convertisseur d'oxydation 18, monte en amont, le filtre a particules 8 et le convertisseur d'oxydation 26, monte en aval, vent prevus d'etre integres dans un meme boitier. Il est entendu que ceci est aussi
possible de maniere analogue dans le mode de realisation selon la figure 4.
Les dispositifs d' elevation de temperature 20, 22, 24 vent certes seulement
dessines pour les modes de realisation selon les figures 4, 5, 6, 7, mais ils peuvent
aussi etre presents dans tous les autres modes de realisation. De plus, il faut
souligner que le dispositif d' elevation de temperature ne doit pas obligatoirement fonctionner apres la sortie du cOte le plus froid 2a de l'echangeur de chaleur, il peut aussi en variante fonctionner sur le cote le plus froid 2a de l'echangeur de
chaleur 2 ou bien a ['entree du cote le plus froid 2a de l'echangeur de chaleur.
Les modes de realisation selon les figures 10 a 15 se differencient des
modes de realisation selon les figures 1 a 10 en ce que le filtre a particules 8 et
l'echangeur de chaleur 2 vent reunis en un reacteur echangeur de chaleur filtre a particules 30. Une paroi de separation 32 dessinee schematiquement fait office, dans une zone d'echange de chaleur (sur la figure 10 en teas) du reacteur 30, de paroi d'echange de chaleur 32a et, dans une zone filtre a particules (sur la figure
en haut), de paroi filtre a particules 32b.
Le gaz d'echappement venant du moteur diesel circule selon la fleche 4 en direction du cote le plus froid de la zone d'echange de chaleur et quitte le reacteur
selon la fleche 6 par le cote le plus chaud 2b de la zone d'echange de chaleur.
I1 s'agit de nouveau d'un echangeur de chaleur a contre-courant.
Pour une comprehension simplifiee au possible, il est admis, dans un premier temps, que la paroi d'echange de chaleur 32a a une longueur L1 (mesuree dans la direction du flux) et que la paroi filtre a particules 32b a une longueur L3 (mesuree dans le prolongement de la longueur L1). Sur la longueur Ll, ltechange de chaleur entre le gaz d'echappement sortant (a droite sur la figure 10) et le gaz d'echappement entrant (a gauche sur la figure 10) se produit. Sur la longueur L3 ou la majorite d'une partie de celle-ci, il se produit une submersion transversale a - 12
travers la paroi filtre a particules 32b, symbolisee par les fleches courbees 34.
Quand il regne du c8te le plus chaud 2b de la zone d'echange de chaleur une temperature plus elevee que du cOte le plus froid 2a de la zone d'echange de chaleur 2, la difference de quantite de chaleur peut etre utilisee favorablement pratiquement totalement pour le reacteur 30. La figure 11 montre qu'il peut arriver, en cas d'etats de fonctionnement defavorables a la regeneration constante du filtre a particules 8, qu'une partie de la zone, inferieure sur la figure 11, de la paroi filtre a particules 32b permeable initialement en soi, peut devenir moins permeable jusquta plus du tout permeable a cause du chargement en particules fltrees. Cet etat va stinstaurer au plus tot dans la partie de la paroi filtre a particules 32b qui est voisine de la paroi d'echange de chaleur 32a, car le gaz d'echappement y circulera en premier lieu transversalement en raison de la vole de circulation plus course. La longueur supplementaire L2 de la paroi de separation qui est maintenant devenue par la meme, non plus paroi filtre de particules, mais partie de la paroi d'echange de chaleur 32a accrot la surface de la paroi d'echange de chaleur 32a et intensifie ainsi l'echange de chaleur. La regeneration de la paroi filtre a particules 32b est favorisee. Un equilibre
s'instaure sur la longueur L2.
I1 faut souligner que le mode de realisation decrit au moyen de la figure 11 peut etre pousse au point que la paroi de separation initiale 32, done sans aucun chargement de particules, n'ait pas du tout de partie de paroi d'echange de chaleur 32a. Dans ce cas, le flux de gaz d'echappement contenant des particules peut submerger toute la longueur L1 + L3 en direction du flux sortant. Quand, dans ce cas, il se produit uneregeneration constante suffisante, aucun echange de chaleur n'est alors necessaire. Un chargement en particules de la paroi de separation 32 va se former seulement au cours de phases de fonctionnement depourvues de regeneration suffisante, en commencant par la partie finale inferieure de L1, de telle maniere que l'on obtient alors fonctionnellement une zone de paroi d'echange de chaleur 32a qui ntest plus traversee transversalement a cause du
chargement en particules.
I1 faut souligner que ['unique paroi 32, dessinee sur les modes de
realisation selon les figures 10 et 11, plus teas aussi sur les modes de realisation
- 13 selon les figures 14 et 15, fonctionne certes, mais qu'il est en general plus
favorable pour la realisation technique d'avoir plusieurs parois de separation 32.
La figure 12 montre un mode de realisation concret possible. Une paroi de separation 32 est configuree sous forme de meandres, les sections de paroi 36 de grande surface etant planes et placees parallelement les unes aux autres et des zones de paroi 38 beaucoup plus petites reliant les zones de paroi 36. Les fleches indiquent comment les chambres de circulation respectivement entre deux zones de paroi de separation 36 constituent alternativement une chambre de circulation avec un flux allant de teas en haut sur la figure 12 (par exemple avec un gaz d'echappement charge de particules) et une chambre de circulation avec un flux allant de haut en teas sur la figure 12 (par exemple un flux apres passage de la zone de paroi filtre a particules 32b en question). I1 est entendu que la configuration de la paroi de separation en forme de meandres 32 est fixce dans un bo^tier a titre de composant, par exemple par soudure, les bords longitudinaux des chambres de circulation, montres ouverts sur la figure 12, etant fermes par le bo^tier. I1 est en outre entendu que le bo^tier peripherique, en haut sur la figure 12,
est ferme afin que le flux soit reellement force a travers la paroi de separation 32.
En teas sur la figure 12, le bo^tier doit en revanche posseder un distributeur de gaz pour les chambres de circulation traversees vers le haut et un collecteur de gaz pour les chambres d'ecoulement kaversees vers le teas. La paroi de separation 32 peut etre fabriquee, comme indique precedemment, par reunion d'une bande de materiau impermeable au flux (en dessous d'une ligne de separation 42 sur la figure 12) et d'une bande de materiau permeable au flux (au-dessus de la ligne de separation 42 sur la figure 12). En variante, la fabrication peut se faire d'abord a partir d'une bande de materiau completement permeable au flux, qui a ete par la suite rendu impermeable au flux, par exemple par fermeture des pores, pour la zone de paroi d'echange de chaleur. De plus, il est possible, comme deja indique precedemment, de travailler avec une bande de materiau completement permeable
au flux.
Les figures 13a et 13b indiquent comment on peut changer la configuration en forme de meandres, a savoir par exemple grace a un plissement - 14 de type zigzag triangulaire ou en arrondissant les petites zones de liaison entre les
zones de surface planes 36.
Le mode de realisation selon la figure 14 se differencie du mode de realisation selon la figure 10 ou la figure 11 en ce qu'un convertisseur d'oxydation 18 est dispose du cOte le plus froid 2a de la zone d'echange de chaleur 2 et qu'un convertisseur de gaz d'echappement catalytique supplementaire, par exemple un convertisseur de stockage des NOX, est dispose du cOte le plus chaud 2b de la zone
d'echange de chaleur 2.
Le mode de realisation selon la figure 15 se differencie du mode de realisation selon la figure 10 respectivement figure 11 en ce que l'on prevoit un dispositif d'elevation de la temperature, qui fonctionne par injection d'hydrocarbures ou de carburant, voir la fleche 20. D'autres formes de dispositifs d' elevation de temperature vent en variante possibles, comme ceux decrits par
exemple pour les modes de realisation selon les figures 6 et 7. Sur la figure 15, le
dispositif d'elevation de temperature est dessine de telle maniere qu'il agisse sur le gaz d' echappement avant l' enkee dans le reacteur 3 0. Le fonctionnement du dispositif d'elevation de temperature sur le cOte le plus froid 2a de la zone d'echange de chaleur 2 ou a peu pres au niveau de la transition entre la zone
d'echange de chaleur 2 et la zone de filtre a particules 8 est en variante possible.
Dans les modes de realisation selon les figures 10 a 15, la zone de filtre a
particules 8 est decrite en partie comme revetu catalytiquement et en partie non.
Dans chacun des modes de realisation, les deux possibilites de realisation vent
concevables. I1 faut souligner que, en variante, il est possible, dans chacun des modes de realisation selon les figures 10 a 15, de prevoir aussi une derivation commandee
de maniere analogue au mode de realisation selon la figure 2.
De preference, la combinaison filtre a particules 8 et echangeur de chaleur 2 ou reacteur 30 dans le circuit de gaz d'echappement est prevu aussi pres du moteur diesel que possible, afin que le gaz d'echappement perde moins de chaleur
sur le chemin du moteur diesel au dispositif selon ['invention.
- 15

Claims (24)

REVENDICATIONS
1. Systeme d'echappement des gaz pour moteurs diesel, qui presente un filtre a particules, caracterise en ce qu'un echangeur de chaleur (2) est adjoins au filtre a particules (8) pour l'echange de chaleur entre les gaz d'echappement sortant (6) du filtre a particules et les gaz d'echappement entrant (4) dans le filtre a particules.
2. Systeme d'echappement des gaz selon la revendication 1, caracterise en
ce que l'echangeur de chaleur (2) est un echangeur de chaleur a contre courant.
3. Systeme d'echappement des gaz selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que le filtre a particules (8) et l'echangeur de chaleur (2) vent
reunis en un reacteur echangeur de chaleur - filtre a particules (30).
4. Systeme d'echappement des gaz selon la revendication 3, caracterise en ce que le reacteur echangeur de chaleur - filtre a particules (30) presente une premiere paroi de separation (32b), concue a titre de filtre a particules, et que la premiere paroi (32b) est incorporee au reacteur echangeur de chaleur - filtre a particules (30) de sorte qu'une zone de la premiere paroi (32b), fonctionne comme
paroi d'echange de chaleur quand elle est chargee de particules.
5. Systeme d'echappement des gaz selon la revendication 4, caracterise en ce que la premiere paroi (32b) s'etend a travers la zone du filtre a particules (8) et la zone d'echange de chaleur (2) du reacteur echangeur de chaleur- filtre a
particules (30).
6. Systeme d'echappement des gaz selon l'une quelconque des
revendications 3 a 5, caracterise en ce que le reacteur echangeur de chaleur- filtre
a particules (30) presente une deuxieme paroi de separation (32a) impermeable au
flux, servant a l'echange de chaleur.
7. Systeme d'echappement des gaz selon la revendication 6, caracterise en ce que la deuxieme paroi de separation (32a) se transforme en la premiere paroi de
separation (32b).
8. Systeme d'echappement des gaz selon l'une quelconque des
revendications 4 a 7, caracterise en ce que l'on prevoit plusieurs premieres parois
- 16 de separation (32b), avec chambre de flux, et le cas echeant plusieurs deuxiemes
parois de separation (32a), avec chambre de flux entre elles.
9. Systeme d'echappement des gaz selon la revendication 8, caracterise en ce que l'on prevoit une piece de montage configuree en forme de meandres qui forme plusieurs parois de separation (32).
10. Systeme d'echappement des gaz selon l'une quelconque des
revendications 1 a 9, caracterise en ce que le filtre a particules (8) est revetu
catalytiquement.
11. Systeme d'echappement des gaz selon l'une quelconque des
revendications 1 a 10, caracterise en ce que l'on prevoit avant le filtre a particules
(8) un convertisseur catalytique (18), de preference un convertisseur d'oxydation.
12. Systeme d'echappement des gaz selon la revendication 11, caracterise en ce que le convertisseur (18) monte en amont est positionne dans la zone d'echange de chaleur (2) du reacteur echangeur de chaleur - filtre a particules (30)
13. Systeme d'echappement des gaz selon l'une quelconque des
revendications 1 a 12, caracterise en ce que l'on prevoit apres le filtre a particules
(8) un convertisseur catalytique (26), de preference un convertisseur d'oxydation
ou un convertisseur de stockage des Nox.
14. Systeme d'echappement des gaz selon la revendication 13, caracterise en ce que le convertisseur (26) monte en aval est positionne dans la zone d'echange de chaleur (2) du reacteur echangeur de chaleur - filtre a particules (3o).
15. Systeme d'echappement des gaz selon l'une quelconque des
revendications 1 a 14, caracterise en ce que l'on prevoit un dispositif avec lequel
on peut provoquer une elevation de temperature des gaz d'echappement.
16. Systeme d'echappement des gaz selon la revendication 15, caracterise en ce que le dispositif d' elevation de temperature est realise de sorte qu'il puisse provoquer une elevation de temperature des gaz d' echappement avant l' echangeur
de chaleur (2), dans celui-ci, ou selon le cas avant et dans liechangeur.
17. Systeme d'echappement des gaz selon la revendication 15, caracterise en ce que le dispositif d' elevation de temperature est realise de sorte qu' il puisse - 17- provoquer une elevation de temperature des gaz d'echappement apres l'echangeur de chaleur (2) mais avant et/ou dans le filtre a particules (8), dans celui-ci ou selon
le cas avant et dans le filtre.
18. Systeme d'echappement des gaz selon la revendication 17, caracterise en ce que le dispositif d' elevation de temperature est realise de sorte qu'il puisse provoquer une elevation de temperature des gaz d'echappement dans le
convertisseur monte en amont (18).
19. Systeme d'echappement des gaz selon l'une quelconque des
revendications 15 a 18, caracterise en ce que le dispositif d'elevation de
temperature fonctionne avec ['injection de carburant dans les gaz d'echappement.
20. Systeme d'echappement des gaz selon l'une quelconque des
revendications 15 a 18, caracterise en ce que le dispositif d'elevation de
temperature presente un bruleur (24) pour la combustion du carburant.
21. Systeme d'echappement des gaz selon l'une quelconque des
revendications 15 a 18, caracterise en ce que le dispositif d'elevation de
temperature presente un element de chauffage electrique (22).
22. Systeme d'echappement des gaz selon l'une quelconque des
revendications 1 a 21, caracterise en ce que l'on prevoit une derivation (14)
pouvant etre activee et desactivee, qui commence a l'arriere du filtre a particules
(8) et contourne l'echangeur de chaleur (2).
23. Systeme d'echappement des gaz selon l'une quelconque des
revendications 1 a 22, caracterise en ce que le filtre a particules (8), de preference
la premiere paroi de separation (32b) se compose de metal fritte.
24. Systeme d'echappement des gaz selon la revendication 23, caracterise en ce que la deuxieme paroi de separation (32b) se compose de metal fritte traite
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