FR2856108A1 - Epurateur de gaz d'echappement pour moteur a combustion interne avec filtre a particules comportant une zone d'absorption de chaleur - Google Patents

Epurateur de gaz d'echappement pour moteur a combustion interne avec filtre a particules comportant une zone d'absorption de chaleur Download PDF

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Abstract

Pour empêcher la dégradation du catalyseur ou l'endommagement du filtre à particules provoqués par l'augmentation rapide de la température du filtre à particules lorsque survient un brusque ralentissement d'un moteur, et pour éviter l'augmentation de la consommation de carburant du fait du dépôt d'une grande quantité de particules dans le filtre à particules et régénérer d'un seul coup celui-ci, il est proposé une zone (4) d'absorption de chaleur réalisée en formant une structure à obturations en profondeur à l'extrémité de sortie des gaz d'échappement du filtre (1) à particules disposé dans un tuyau d'échappement d'un moteur (E) à combustion interne.Comme la zone (4) d'absorption de chaleur a une capacité thermique supérieure à celle des autres parties, la chaleur de combustion est absorbée et dispersée même si la réaction en chaîne rapide de combustion des particules survient, grâce à quoi il est possible de supprimer l'augmentation de la température dans la partie aval du filtre à particules susceptible d'être à une température élevée.

Description

EPURATEUR DE GAZ D'ECHAPPEMENT POUR MOTEUR A
COMBUSTION INTERNE AVEC FILTRE A PARTICULES COMPORTANT UNE ZONE D'ABSORPTION DE CHALEUR La présente invention est relative à un épurateur de gaz d'échappement pourvu d'un filtre à particules pour recueillir des particules contenues dans des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne et, plus particulièrement, à une structure de filtre à particules permettant de limiter la combustion rapide de 10 particules lors de la régénération du filtre à particules.
Divers dispositifs ont été proposés comme mesures de protection de l'environnement afin de réduire la quantité de matières particulaires en suspension (ci-après appelées particules) rejetées par un moteur diesel. On connaît d'une manière 15 typique un système dans lequel un filtre à particules tel qu'un filtre garni d'un catalyseur sur sa surface, est installé dans un tuyau d'échappement pour recueillir les particules. Un filtre à particules comporte un certain nombre d'alvéoles servant de passages de gaz et est conçu pour absorber et recueillir les particules lorsque les gaz d'échappement traversent des cloisons poreuses séparant les uns des autres ces 20 nombreux alvéoles. Un catalyseur d'oxydation peut être appliqué à la surface du filtre à particules. Comme les pertes de pression du filtre à particules augmentent à mesure que s'accroît la quantité de particules déposées, au point d'aboutir à un inconvénient tel que la diminution de puissance du moteur, le traitement de régénération pour brûler et éliminer les particules recueillies est réalisé périodiquement de façon que le 25 filtre à particules soit utilisable en continu.
Un procédé principal pour régénérer un filtre à particules est tel que, dans le but de brûler les particules, la température du filtre à particules est accrue en commandant le débit des gaz d'échappement entrant dans le filtre à particules de façon qu'il s'agisse de gaz à haute température ou en produisant de la chaleur dans les 30 gaz d'échappement contenant beaucoup de carburant imbrûlé par une réaction catalytique. Il est également efficace qu'une grande quantité de particules se dépose dans le filtre à particules et soit éliminée d'un seul coup dans le but de limiter fortement la dégradation de la consommation de carburant sous l'effet du traitement de régénération.
Cependant, si une trop grande quantité de particules se dépose, le problème est que les particules brûlent rapidement au cours d'une réaction en chaîne pendant le traitement de régénération ou lors d'un brusque ralentissement du moteur en cas de conduite à grande vitesse. Ainsi, comme les gaz d'échappement entrant par 5 l'extrémité amont du filtre à particules s'écoulent vers l'extrémité aval de celui-ci tout en absorbant progressivement la chaleur de combustion des particules lorsque brûlent les particules déposées sur le filtre à particules, la température interne du filtre à particules est généralement plus élevée vers l'aval. A cet instant, lorsque le débit des gaz d'échappement diminue brusquement, par exemple en raison du ralentissement 10 soudain, il n'est pas possible d'absorber la chaleur de combustion des particules.
Ainsi, la température de la partie aval du filtre à particules à haute température augmente encore au point de provoquer l'autocombustion des particules, ce qui provoque une réaction en chaîne rapide.
La combustion rapide des particules qui est décrite ci-dessus entraîne une 15 dégradation du catalyseur et, à l'extrême, la destruction thermique (fissuration ou fusion) d'une matrice du filtre à particules survient. A cet égard, par exemple, la publication de brevet japonais (Kokai) n 61-138 812, non examinée, propose une solution dans laquelle la destruction thermique du filtre à particules est évitée en décalant les positions de fermeture de passages des alvéoles respectifs à l'extrémité 20 aval du filtre dans le sens d'écoulement des gaz. En outre, les publications de brevets japonais (Kokai) n 8-281 034 et 05-133 217, non examinées, proposent une autre solution dans laquelle la résistance au choc thermique est améliorée en dotant chacune des extrémités opposées du filtre d'une fermeture d'une épaisseur irrégulière ou plus épaisse vers le pourtour extérieur.
Les solutions décrites dans ces documents de brevets consistent cependant à décaler les emplacements de dépôt des particules, aussi des parties pouvant être chaudes du fait de la combustion ou des parties o peut survenir la concentration de contraintes ou la concentration de chaleur de combustion du fait du choc thermique sont-elles largement réparties afin d'éviter l'apparition de fissures ou d'une fusion. 30 Ainsi, selon ces solutions, comme l'élévation de température du filtre à particules luimême n'est pas empêchée, le risque de dommages provoqués par la température élevée n'est pas supprimé lorsque la réaction en chaîne rapide de combustion des particules survient en raison du régime de fonctionnement. Par ailleurs, un autre problème est que, si le filtre à particules est revêtu d'un catalyseur, le catalyseur 35 risque de se dégrader.
Dans la technique antérieure, afin d'empêcher le filtre à particules de s'endommager, une quantité limite admissible de particules déposées est établie à un niveau bas et le filtre à particules est fréquemment régénéré, ce qui pose un gros problème dans la mesure o la consommation de carburant augmente. Ainsi, il a été 5 souhaitable de mettre au point une technique permettant le dépôt d'une grande quantité de particules de façon à pouvoir éviter l'accroissement de la consommation de carburant sous l'effet de la régénération du filtre à particules.
La présente invention vise donc à réaliser un épurateur de gaz d'échappement apte à supprimer l'élévation de température dans le filtre à particules 10 même si la réaction en chaîne rapide de combustion des particules survient en raison du brusque ralentissement d'un moteur dans le but d'éviter la dégradation du catalyseur et l'endommagement du filtre à particules, et apte à déposer une grande quantité de particules dans le filtre à particules et à régénérer d'un seul coup celui-ci pour empêcher une augmentation de la consommation de carburant par le moteur. 15 Pour résoudre les problèmes évoqués ci-dessus, un épurateur de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne selon un premier aspect de la présente invention comprend un filtre à particules disposé à midistance dans un tuyau d'échappement du moteur à combustion interne, servant à recueillir les 20 particules présentes dans les gaz d'échappement; et un moyen de régénération de filtre à particules servant à régénérer le filtre à particules en brûlant et éliminant à un instant approprié des particules recueillies. Une zone d'absorption de chaleur ayant une capacité thermique supérieure à celle des autres parties est présente à une extrémité d'un côté de sortie de gaz d'échappement du filtre à particules pour 25 absorber et dissiper la chaleur de combustion, produite du fait de la combustion des particules, dans la zone d'absorption de chaleur.
Dans la structure ci-dessus, comme la chaleur de combustion est absorbée et dissipée par la zone d'absorption de chaleur même si la réaction en chaîne rapide de combustion des particules survient en raison du brusque ralentissement du moteur ou 30 pour d'autres raisons, l'augmentation de température du filtre à particules, surtout à l'extrémité du côté de sortie des gaz d'échappement susceptibles d'être à une haute température, peut être supprimée pour abaisser la température maximale de celui-ci.
De ce fait, comme une plus grande quantité de particules peut se déposer dans le filtre à particules en empêchant le catalyseur appliqué sur le filtre à particules de se 35 dégrader et la matrice du filtre de s'endommager, la sûreté et les avantages économiques sont améliorés sans aggravation de la consommation de carburant provoquée par la fréquente régénération de celui-ci.
Selon une deuxième forme de réalisation de l'épurateur de gaz d'échappement selon l'invention, la zone d'absorption de chaleur est formée, en 5 fonction de la répartition de température du filtre à particules pendant la régénération de celui-ci, afin que la température maximale du filtre à particules ne dépasse pas une limite admissible.
Concrètement, la capacité thermique de la zone d'absorption de chaleur est de préférence déterminée de façon que la température maximale du filtre à particules 10 soit au-dessous d'une limite admissible en absorbant et dissipant la chaleur de combustion des particules. De ce fait, même si les particules brûlent rapidement, la température du filtre à particule ne dépasse pas la température à laquelle le catalyseur se dégrade ou le filtre est endommagé. Ainsi, la sûreté est garantie.
Selon une troisième forme de réalisation de la présente invention, le filtre à 15 particules est du type à traversée de parois et possède une structure monolithique ayant un certain nombre d'alvéoles divisés par des cloisons poreuses et les alvéoles sont obturés en alternance aux extrémités d'entrée ou de sortie de gaz d'échappement des alvéoles.
Comme filtre à particules ci-dessus, on utilise de préférence le type à 20 traversée de parois, dans lequel des surfaces d'extrémités opposées de la structure monolithique sont obturées en alternance. Le filtre du type à traversée de parois recueille les particules pendant que les gaz d'échappement traversent les parois poreuses entre les alvéoles, il a un excellent rendement d'interception et, en outre, il est facile à fabriquer.
Selon une quatrième forme de réalisation de la présente invention, la zone d'absorption de chaleur est constituée par une structure à obturations en profondeur dans laquelle la profondeur des parties obturées à l'extrémité du côté de sortie des gaz d'échappement de la structure monolithique est plus grande que celle des parties obturées à l'extrémité du côté d'entrée des gaz d'échappement.
Concrètement, la profondeur des parties obturées sur la surface de l'extrémité de sortie de gaz d'échappement de la structure monolithique est conçue de façon à être plus grande que celle des parties obturées du côté d'entrée des gaz d'échappement, grâce à quoi il est possible de former une zone d'absorption de chaleur à grande capacité thermique.
Selon une cinquième forme de réalisation de la présente invention, la structure à obturations en profondeur formant la zone d'absorption de chaleur est constituée en dotant certaines des parties obturées du côté de sortie des gaz d'échappement d'une plus grande longueur que la partie obturée du côté d'entrée des 5 gaz d'échappement, tandis que la profondeur des autres parties obturées précédentes est égale à celle du côté d'entrée des gaz d'échappement.
Du fait de la présence de la structure à obturations en profondeur sur une partie du côté de sortie des gaz d'échappement, on peut réaliser un effet limitant l'accroissement de la résistance à l'écoulement des gaz.
Selon une sixième forme de réalisation de la présente invention, la zone d'absorption de chaleur est formée par une structure à obturations en profondeur dans laquelle la profondeur des parties obturées, sauf au moins celles du pourtour extérieur, est plus grande à l'extrémité de sortie des gaz d'échappement de la structure monolithique que celle du côté d'entrée des gaz d'échappement.
Comme le bord périphérique extérieur de la structure monolithique au contact de la paroi du tuyau d'échappement a une température relativement basse, il est possible de supprimer davantage l'augmentation de résistance à l'écoulement des gaz en formant la partie à obturations en profondeur dans une zone n'incluant pas le bord périphérique extérieur.
Selon une septième forme de réalisation de la présente invention, la structure à obturations en profondeur est plus profonde dans la partie centrale de la structure monolithique et est moins profonde sur le pourtour extérieur de celle-ci.
Du fait de la présence, dans la partie centrale de la structure monolithique, de parties obturées plus en profondeur susceptibles d'accroître la température de 25 celle-ci et de parties obturées moins profondes dans le pourtour extérieur à température relativement basse, il est possible. de supprimer efficacement l'augmentation de température et l'accroissement de la résistance à l'écoulement des gaz du filtre à particules.
Selon une huitième forme de réalisation de la présente invention, la zone 30 d'absorption de chaleur est formée en dotant d'une épaisseur plus grande que les autres parties de la structure monolithique les parois des alvéoles de la structure monolithique à l'extrémité de sortie des gaz d'échappement.
Grâce aux parois plus épaisses des alvéoles de la structure monolithique, il est également possible d'accroître la capacité thermique des parois des alvéoles, et on peut obtenir le même effet que celui évoqué plus haut en réalisant les parois plus épaisses des alvéoles afin de créer une zone d'absorption de chaleur.
Selon une neuvième forme de réalisation de la présente invention, la zone d'absorption de chaleur est formée en réduisant la porosité des parois des alvéoles à 5 l'extrémité de sortie des gaz d'échappement de la structure monolithique, de sorte qu'elle soit plus faible que celles des autres parties de la structure monolithique.
Par une densification des parois des alvéoles de la structure monolithique, il est également possible d'accroître la capacité thermique des parois des alvéoles. En constituant une zone d'absorption de chaleur avec les parois densifiées des alvéoles, 10 on peut obtenir le même effet que celui décrit plus haut. Par ailleurs, par une densification des parois des alvéoles, on accroît la conductivité thermique des parois des alvéoles et on assure également la section de passage des alvéoles.
Selon une dixième forme de réalisation selon la présente invention, la zone d'absorption de chaleur est formée en appliquant une matière à capacité thermique 15 sur les surfaces des parois des alvéoles à l'extrémité de sortie des gaz d'échappement de la structure monolithique.
Du fait de l'application de la matière à capacité thermique sur les parois des alvéoles, il est également possible d'accroître la capacité thermique des parois des alvéoles. On peut obtenir le même effet que celui décrit plus haut en constituant une 20 zone d'absorption de chaleur à l'aide des parois à revêtement des alvéoles.
Selon une onzième forme de réalisation de la présente invention, le filtre à particules est conçu pour avoir une couche de catalyseur appliquée sur les surfaces des parois des alvéoles, et la zone d'absorption de chaleur est formée par un plus grand épaississement de la couche à revêtement de catalyseur à l'extrémité de sortie 25 des gaz d'échappement de la structure monolithique que dans les autres parties de la structure monolithique.
Comme l'élément à revêtement portant le catalyseur est la matière dotée d'une capacité thermique, il est également possible d'accroître la capacité thermique des parois des alvéoles par un épaississement de la couche à revêtement de 30 catalyseur. Il est possible d'obtenir le même effet que celui décrit plus haut en dotant les parois des alvéoles d'une couche à revêtement de catalyseur pour créer une zone d'absorption de chaleur.
L'invention et nombre des avantages qui s'y attachent apparaîtront facilement plus clairement en référence à la description détaillée ciaprès, faite en considération des dessins annexés, sur lesquels: la Fig. lA est une vue schématique représentant l'ensemble de la structure 5 d'un épurateur de gaz d'échappement dans un moteur à combustion interne selon une première forme de réalisation de la présente invention; la Fig. 1B est une vue en coupe globale d'un filtre à particules selon la Fig. 1A; la Fig. 1 C est une vue en bout du filtre à particules de la Fig. 1 B; la Fig. 2A est une vue en coupe globale du filtre à particules selon la première forme de réalisation; la Fig. 2B est une vue en coupe globale d'un filtre à particules selon une deuxième forme de réalisation de la présente invention; la Fig. 3 est une vue en coupe globale d'un filtre à particules selon une 15 troisième forme de réalisation de la présente invention; la Fig. 4A est une vue en coupe globale d'un filtre à particules selon une quatrième forme de réalisation de la présente invention; la Fig. 4B est une vue en coupe globale d'un filtre à particules selon une cinquième forme de réalisation de la présente invention; la Fig. 5A est une vue globale en coupe d'un filtre à particules selon une sixième forme de réalisation de la présente invention; la Fig. 5B est une vue agrandie en coupe de parties principales de la Fig. SA; la Fig. 5C est une vue en coupe globale d'un filtre à particules selon une 25 septième forme de réalisation de la présente invention; la Fig. 6A est une vue en coupe globale d'un filtre à particules selon une huitième forme de réalisation de la présente invention; la Fig. 6B est une vue agrandie en coupe de parties principales de la Fig. 6A; la Fig. 7A est une vue en coupe globale d'un filtre à particules selon une neuvième forme de réalisation de la présente invention; la Fig. 7B est une vue agrandie en coupe de parties principales de la Fig. 7A; la Fig. 8A est une vue en coupe globale d'un filtre à particules selon la 35 technique antérieure, servant à expliquer un effet de la présente invention; la Fig. 8B est une vue en coupe globale du filtre à particules selon la présente invention et sert à expliquer un effet de la présente invention; et la Fig. 8C est constituée par des courbes illustrant la répartition de la température dans des coupes respectives Y-Y et X-X des filtres à particules.
En référence aux dessins annexés, on va maintenant décrire en détail une première forme de réalisation de la présente invention. La Fig. 1A est une vue schématique représentant l'ensemble de la structure d'un épurateur de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne dans lequel est appliquée la 10 présente invention. Comme illustré, un tuyau d'échappement 2 d'un moteur à combustion interne E comporte une partie de grand diamètre pour y loger un filtre 1 à particules. Le moteur à combustion interne E est, par exemple, un moteur diesel, et le filtre 1 à particules est un filtre à particules de diesel (FPD) pour recueillir des particules émises par le moteur diesel. Le filtre 1 à particules est régénéré à des 15 moments appropriés par combustion pour éliminer les particules recueillies, à l'aide d'un moyen de régénération 3 de filtre à particules.
Comme représenté sur les Fig. lB et 1C, le filtre 1 à particules possède une structure monolithique colonnaire divisée intérieurement par des parois poreuses 1 1 d'alvéoles s'étendant dans une direction axiale du filtre 1, de façon qu'un certain 20 nombre d'alvéoles 12 soient disposées parallèlement à un flux de gaz d'échappement.
Chacun de ces nombreux alvéoles 12 du filtre 1 à particules est fermé par un bouchon soit à une extrémité d'entrée de gaz d'échappement soit à une extrémité de sortie de gaz d'échappement de celui-ci (une partie obturée 13). A cet égard, les deux extrémités des alvéoles sont obturées soit en amont soit en aval des alvéoles de façon 25 que l'extrémité ouverte d'un alvéole alterne avec celle de l'alvéole adjacent et que, par conséquent, on obtienne une structure d'écoulement à parois, dans laquelle les gaz d'échappement, entre les alvéoles adjacents 12, traversent les parois 11 des alvéoles.
De préférence, si un catalyseur d'oxydation est porté par la surface interne (la surface de la paroi 1l1 d'alvéole) du filtre 1 à particules, il est possible d'abaisser la 30 température de combustion des particules pour stabiliser la combustion. Des catalyseurs autres que le catalyseur d'oxydation peuvent être portés par le filtre 1 à particules pour l'épuration des gaz d'échappement.
La forme de la section transversale de l'alvéole 12 est généralement un quadrilatère et, bien qu'un carré soit adopté dans la présente forme de réalisation, il 35 est possible d'adopter un rectangle. Selon une autre possibilité, d'autres polygones, notamment un triangle ou analogue, peuvent être adoptés. La forme du pourtour extérieur du filtre 1 à particules n'est pas forcément un cercle complet, mais peut être un ovale ou un polygone. Le filtre 1 à particules peut être réalisé en céramique réfractaire, par exemple en cordiérite, et, en ajustant les dimensions des particules de 5 la matière utilisée, la quantité d'additifs brûlés lors du processus de combustion ou analogue, il est possible d'agir sur la porosité et les dimensions des pores des parois 11 des alvéoles. D'une façon générale, plus la porosité et les dimensions des pores de la paroi 11 d'un alvéole augmentent, plus les pertes de pression diminuent.
Cependant, comme l'aptitude à l'interception de particules se dégrade si elles sont 10 trop grandes, elles doivent être déterminées de façon appropriée en fonction des performances requises du filtre à particules. Bien que la partie obturée 13 puisse être réalisée avec la même matière que le filtre 1 à particules, on peut utiliser d'autres types de céramique. L'épaisseur de la paroi 11 des alvéoles, la section d'ouverture des alvéoles respectifs 12, etc., peuvent être déterminées de façon appropriée pour que 15 l'aptitude requise à l'interception de particules soit obtenue et que les pertes de pression ne puissent pas trop augmenter.
Comme représenté sur la Fig. lB, selon la présente invention, une zone d'absorption de chaleur 4 ayant une capacité thermique supérieure à celle d'autres parties est présente à l'extrémité de sortie de gaz d'échappement (extrémité droite sur 20 le dessin) du filtre 1 à particules de façon que la chaleur de combustion des particules soit absorbée et dissipée par celles-ci. Concrètement, comme illustré, en prévoyant une structure à obturations en profondeur à l'extrémité de sortie des gaz d'échappement o la profondeur de la partie obturée 13 est plus grande que celle de la partie obturée 13 à l'extrémité d'entrée des gaz d'échappement, il est possible de 25 définir la zone d'absorption de chaleur 4. Comme la capacité thermique de la zone d'absorption de chaleur 4 augmente du fait de la partie obturée 13 à structure obturée en profondeur, il est possible d'absorber et de dissiper la chaleur de combustion des particules et de supprimer l'augmentation de température de l'extrémité de sortie des gaz d'échappement, qui est susceptible d'être à haute température. Selon la présente 30 forme de réalisation, toutes les parties obturées 13 à l'extrémité de sortie des gaz d'échappement comportent la structure à obturations en profondeur ayant une profondeur prédéterminée. La profondeur de la structure à obturations en profondeur qui accroît la capacité thermique du filtre à particules peut être déterminée de façon que la température maximale du filtre 1 à particules lorsque les particules brûlent 35 rapidement ne dépasse pas une limite admissible. La température maximale admissible est différente selon les types de matières formant le filtre 1 à particules ou ceux des catalyseurs portés par celui-ci.
Le filtre 1 à particules ayant la structure ci-dessus est par exemple fabriqué de la manière ci-après. Tout d'abord, des additifs tels qu'un agent moussant organique 5 ou du carbone, généralement utilisés dans la pratique, sont mélangés à une matière céramique brute et ils sont malaxés les uns avec les autres pour obtenir une matière de nature argileuse qui est ensuite moulée par extrusion. L'agent moussant organique ou le carbone est éliminé par combustion pendant le processus de combustion pour laisser des pores. Après la calcination du produit moulé, les extrémités des alvéoles 10 respectifs 12 sont obturées en alternant de la manière ordinaire et les parties destinées à constituer la zone d'absorption de chaleur 4 sont obturées plus profondément que d'habitude. Ensuite, le produit est brûlé dans l'atmosphère par élévation de la température pour former le filtre 1 à particules.
Le filtre 1 à particules qui en résulte peut supporter un élément catalytique, 15 par exemple en métal précieux, appliqué sur celui-ci, pour servir de filtre à particules muni d'un catalyseur. Pour supporter l'élément catalytique, une composition de l'élément catalytique est dissoute dans un solvant tel que de l'eau ou de l'alcool pour obtenir une solution catalytique dont on imprègne ensuite le filtre 1 à particules.
Après l'élimination de l'excédent de solution catalytique, on fait sécher le filtre 1 à 20 particules et on le cuit dans l'atmosphère pour fixer l'élément catalytique sur celui-ci.
Comme représenté sur les figures 2A et 2B, le filtre 1 à particules peut avoir une zone d'absorption de chaleur 4 formée par une structure dans laquelle toutes les parties obturées 3 présentes à l'extrémité de sortie de gaz d'échappement sont obturées en profondeur (cf. Fig. 2A) ou une structure dans laquelle seulement 25 certaines des parties obturées 13 présentes à l'extrémité de sortie de gaz d'échappement sont obturées en profondeur à une profondeur prédéterminée dans une deuxième forme de réalisation illustrée sur la Fig. 2B. Bien que les parties 13A à obturation en profondeur et les parties 13B à obturation normale soient disposées de manière sensiblement uniforme dans ce dernier cas, le rapport ou l'agencement de 30 celles-ci peut être modifié et déterminé de façon appropriée pour que la température maximale ne dépasse pas la limite admissible en fonction de la répartition de la température dans le filtre 1 à particules pendant la régénération de celui-ci. De la sorte, si toutes les parties obturées 13 présentes dans la zone d'absorption de chaleur 4 ne sont pas obturées en profondeur mais que les parties obturées en profondeur sont réalisées de manière sélective, il est possible de produire un effet pour limiter l'augmentation de la résistance à l'écoulement des gaz.
Selon une troisième forme de réalisation représentée sur la Fig. 3, la partie à obturations en profondeur 13A constituant la zone d'absorption de chaleur 4 n'est pas 5 disposée dans une région du pourtour extérieur 14 du filtre 1 à particules, mais les parties à obturations en profondeur 13A d'une profondeur prédéterminée sont seulement aménagées dans une région centrale et au voisinage de celle-ci. Sur le dessin, bien que les parties à obturations en profondeur 13A d'une profondeur déterminée et les parties 13B à profondeur normale soient disposées de manière 10 sensiblement uniforme dans la région centrale et au voisinage de celle-ci, la structure à obturations en profondeur peut être réalisée dans toute la région centrale et le voisinage de celle-ci dans le filtre 1 à particules, en dehors des régions du pourtour extérieur 14 de celui-ci. Comme la région du pourtour extérieur 14 dissipe la chaleur plus facilement que la région centrale car la première est mise au contact d'une paroi 15 du tuyau d'échappement 2, le risque de dépassement de la température admissible est moindre même si celui-ci ne repose pas sur la structure à obturation en profondeur.
Ainsi, en disposant la structure à obturation en profondeur dans le filtre1 à particules sauf dans la région du pourtour extérieur 14 de celui-ci, il est possible de supprimer efficacement l'augmentation de la résistance de celui-ci à l'écoulement des gaz tout 20 en limitant la hausse de la température.
Selon une quatrième forme de réalisation représentée sur la Fig. 4A, lorsque la zone d'absorption de chaleur 4 de la structure à obturation en profondeur est formée à l'extrémité de sortie des gaz d'échappement, la profondeur d'une partie 13C à obturation en profondeur est plus grande dans la région centrale et diminue 25 progressivement vers la région du pourtour extérieur depuis celle-ci. Comme la répartition de la température du filtre 1 à particules est généralement maximale dans la région centrale et diminue vers la région du pourtour extérieur, il est possible d'absorber et de dissiper plus efficacement la chaleur de combustion en constituant le filtre à particules de façon que la capacité thermique de celui-ci augmente dans une 30 région à température élevée en fonction de la répartition de la température. Selon une cinquième forme de réalisation représentée sur la Fig. 4B, les parties 13C à obturation en profondeur ne sont pas présentes dans la totalité du filtre à particules mais, au contraire, les parties 13B à obturation normale peuvent être présentes dans une partie de celui-ci afin que l'effet de réduction de la résistance à l'écoulement des 35 gaz puisse être obtenu.
La zone 4 d'absorption de chaleur peut être formée par d'autres moyens que la structure à obturation en profondeur. Selon une sixième forme de réalisation représentée sur les figures 5A et 5B, la paroi 11 des alvéoles du filtre 1 à particules est dotée d'une plus grande épaisseur dans une partie couvrant une longueur 5 prédéterminée depuis l'extrémité aval de l'alvéole 12 que dans l'autre partie afin de définir la zone 4 d'absorption de chaleur. Toutes les parties obturées 13 ont une profondeur normale. L'épaisseur et la longueur de la zone 4 d'absorption de chaleur peuvent être déterminées de manière appropriée afin que la capacité thermique nécessaire pour limiter l'augmentation de la température du filtre 1 à particules puisse 10 être obtenue. A cet égard, pour rendre plus épaisse la paroi 11 de l'alvéole, après que la céramique, de la matrice a été moulée d'une pièce et séchée, une partie du filtre à particules destinée à constituer la zone 4 d'absorption de chaleur est plongée dans une solution en suspension épaisse contenant la céramique de la matrice, laquelle est ensuite séchée et cuite. Pour obtenir l'épaisseur prédéterminée, les opérations 15 d'immersion et de séchage peuvent être répétées. De la sorte, il est également possible de former la zone 4 d'absorption de chaleur à forte capacité thermique à l'extrémité du côté de sortie des gaz d'échappement, ce qui produit le même effet que l'absorption et la dissipation de la chaleur de combustion. Comme la paroi 11 des alvéoles est poreuse, le volume d'interception de particules augmente également sans 20 accroître fortement la résistance à l'écoulement des gaz.
Comme dans une septième forme de réalisation représentée sur la Fig. 5C, il est possible de former la zone 4 d'absorption de chaleur en réduisant la porosité de la paroi 11 des alvéoles au lieu de rendre plus épaisse la paroi 11 des alvéoles du filtre 1 à particules. Sur le dessin, la paroi 11 des alvéoles est densifiée sur une longueur 25 prédéterminée depuis l'extrémité aval du filtre 1 à particules afin de réduire la porosité sur cette longueur pour qu'elle soit inférieure à celle existant ailleurs, grâce à quoi la zone 4 d'absorption de chaleur à capacité thermique accrue est réalisée.
Toutes les parties obturées 13 ont une profondeur normale. La porosité de la paroi 1 1 des alvéoles est généralement de l'ordre de 50 à 70 %, et celle de la zone 4 30 d'absorption de chaleur est de préférence inférieure à cette valeur. Dans ce cas également, l'épaisseur et la longueur de la zone 4 d'absorption de chaleur sont déterminées de manière appropriée afin que la capacité thermique nécessaire à la suppression de la hausse des températures du filtre 1 à particules puisse être obtenue.
A cet égard, pour réduire la porosité de la paroi 11 des alvéoles, après que la 35 céramique de la matrice a été moulée d'une seule pièce et séchée, une partie destinée à constituer la zone 4 d'absorption de chaleur est imprégnée avec une solution de céramique apte à pénétrer dans les pores de la céramique de la matrice et à densifier celle-ci, et elle est séchée et cuite. De la sorte, la conductivité thermique de la paroi densifiée 11 des alvéoles est améliorée, grâce à quoi la chaleur de combustion est 5 transmise à travers la paroi densifiée 11 des alvéoles et est plus facilement dissipée à l'extérieur depuis le pourtour extérieur de celle-ci. En outre, comme la capacité thermique peut être accrue sans augmentation de l'épaisseur de la paroi 11 des alvéoles, il est possible d'empêcher l'augmentation de la résistance à l'écoulement des gaz.
Selon une huitième forme de réalisation représentée sur les figures 6A et 6B, la zone 4 d'absorption de chaleur est formée en appliquant une matière 5 à capacité thermique à l'extrémité du côté de sortie des gaz d'échappement de la paroi 11 des alvéoles du filtre 1 à particules. La matière 5 à capacité thermique peut être une céramique telle que de l'alumine, de la silice ou du talc, différente de la 15 céramique de la matrice. Un procédé pour appliquer la matière 5 à capacité thermique formant la zone 4 d'absorption de chaleur est le même que celui de la sixième forme de réalisation évoquée plus haut. Ainsi, après que la céramique de la matrice a été moulée d'une seule pièce et séchée, une partie de la paroi 11 des alvéoles sur une longueur prédéterminée à partir de l'extrémité aval de celle-ci est 20 plongée dans une solution de suspension épaisse contenant la matière 5 à capacité thermique, puis est séchée et cuite. On obtient la zone 4 d'absorption de chaleur en formant la longueur prédéterminée depuis l'extrémité aval de la paroi des alvéoles avec une plus grande épaisseur qu'ailleurs. Toutes les parties obturées 13 ont une profondeur normale. L'épaisseur et la longueur de la zone 4 d'absorption de chaleur 25 peuvent être déterminées de manière appropriée afin que la capacité thermique nécessaire pour limiter la hausse de température du filtre 1 à particules puisse être obtenue. A cet égard, pour rendre plus épaisse la paroi 11 des alvéoles, après le séchage de la céramique en matrice moulée d'une seule pièce, une partie de la zone 4 d'absorption de chaleur est plongée dans la solution de suspension épaisse contenant 30 la céramique de la matrice, et est séchée et cuite. Pour obtenir une épaisseur prédéterminée, il est possible de répéter les opérations d'immersion et de séchage.
Comme la paroi 11 des alvéoles est poreuse et laisse passer l'air, il est possible d'absorber et de dissiper la chaleur de combustion tout en supprimant l'augmentation de la résistance de celle-ci à l'écoulement des gaz.
Selon une neuvième forme de réalisation représentée sur les figures 7A et 7B, la zone 4 d'absorption de chaleur est formée à l'extrémité de sortie des gaz d'échappement par une couche 6 à revêtement de catalyseur portée par le filtre 1 à particules. Dans le cas du filtre 1 à particules portant la couche 6 à revêtement de 5 catalyseur sur une surface de celui- ci, l'épaisseur de la couche 6 à revêtement de catalyseur portée sur la surface de la paroi 1 1 des alvéoles sur une longueur prédéterminée depuis l'extrémité aval de celle-ci est plus grande (une partie indiquée par 6A sur le dessin) que les autres parties pour former la zone 4 d'absorption de chaleur. Comme la couche 6 à revêtement de catalyseur est formée par la céramique, 10 telle que l'alumine qui supporte le catalyseur et qui est une matière à grande capacité thermique, il est possible d'obtenir le même effet selon lequel la capacité thermique augmente au point d'absorber et de dissiper la chaleur de combustion si l'épaisseur de celle-ci augmente.
A cet égard, la quantité de catalyseur contenue dans la couche 6 à 15 revêtement de catalyseur qui sert de zone 4 d'absorption de chaleur est de préférence identique à la technique antérieure.
On va maintenant décrire le fonctionnement de l'épurateur de gaz d'échappement ayant la structure indiquée ci-dessus. Sur la Fig. lA, le moyen de régénération du filtre à particules calcule la quantité de particules déposées dans le 20 filtre 1 à particules en détectant la différence de pression entre les extrémités avant et arrière du filtre 1 à particules à l'aide d'un détecteur de différence de pression, non représenté. Lorsque la quantité calculée de particules déposées atteint une valeur prédéterminée, les particules déposées sont brûlées et évacuées pour régénérer le filtre 1 à particules. Par exemple, la régénération du filtre 1 à particules s'effectue en 25 régulant les gaz d'échappement refoulés par le moteur E à combustion interne vers le filtre 1 à particules destiné à être très chaud ou à se trouver dans un état contenant une grande quantité de carburant imbrûlé, de telle sorte que de la chaleur est produite par la réaction catalytique. De ce fait, la température du filtre 1 à particules augmente suffisamment pour faire progresser la combustion des particules, grâce à quoi les 30 particules sont brûlées et évacuées.
A cet instant, lorsque le débit des gaz d'échappement diminue rapidement, par exemple du fait du brusque ralentissement de la vitesse du moteur, la chaleur de combustion des particules se dissipe difficilement. Cependant, selon la présente invention, la zone 4 d'absorption de chaleur présente à l'extrémité aval du filtre 1 à 35 particules absorbe et dissipe la chaleur de combustion des particules. De la sorte, la température dans la partie la plus en aval du filtre 1 à particules n'augmente pas rapidement comme dans la technique antérieure et il est possible de réduire audessous de la limite admissible la température maximale du filtre 1 à particules.
Les figures 8A, 8B et 8C illustrent les résultats d'essais effectués pour 5 confirmer l'effet de la zone 4 d'absorption de chaleur selon l'invention. Le filtre 1 à particules selon l'invention, représenté sur la Fig. 8B, a été muni de la zone 4 d'absorption de chaleur formée par une disposition sensiblement régulière des parties 13A à obturation en profondeur et des parties 13B à obturation normale dans une région obturée du côté de sortie des gaz d'échappement (la structure de la seconde 10 forme de réalisation représentée sur la Fig. 2B). La matrice du filtre 1 à particules était constituée par de la cordiérite et les principales caractéristiques du filtre 1 à particules étaient les suivantes: longueur de 30 mm de la partie 13A à obturation en profondeur constituant la zone 4 d'absorption de chaleur, longueur de 3 à 4 mm de la partie 13B à obturation normale, rayon de 64,5 mm, longueur axiale de 150 mm, 15 épaisseur de 0,3 mm de la paroi des alvéoles et nombre de mailles de 300 (alvéoles carrés). Le filtre 1 à particules ainsi fabriqué a été fixé au tuyau d'échappement 2 du moteur E à combustion interne et l'essai de montée en température a été réalisé afin de mesurer la répartition de la température à l'intérieur du filtre 1 à particules. Le même essai a été réalisé sur le produit selon la technique antérieure illustré sur la Fig. 20 8A et ne comportant pas de zone 4 d'absorption de chaleur. Le produit selon la technique antérieure a la même structure que celle du produit selon l'invention, sauf que les parties obturées 13 ont une longueur normale (3 à 4 mm) à la fois du côté d'entrée et du côté de sortie des gaz d'échappement.
Ainsi qu'il apparaît d'après (B) sur la Fig. 8C, lorsque la combustion rapide 25 des particules survient dans le produit selon la technique antérieure dépourvu de la zone 4 d'absorption de chaleur, le risque est que la température de la partie la plus en aval du filtre 1 à particules n'augmente rapidement et que la température maximale à l'intérieur du filtre 1 à particules ne dépasse la limite admissible. Ainsi, dans la technique antérieure, il est nécessaire de fixer la quantité de matières déposées à un 30 niveau plus faible (B') auquel la régénération est effectuée afin que la température limite admissible ne soit pas dépassée même si la combustion rapide des particules survient. En revanche, avec le produit selon l'invention comportant la zone 4 d'absorption de chaleur, comme représenté par (C) sur la Fig. 8C, l'augmentation de température du filtre 1 à particules est supprimée par la zone d'absorption de chaleur 35 4, grâce à quoi la température maximale à l'intérieur du filtre 1 à particules peut être maintenue au-dessous de la limite admissible. Il est donc possible d'établir le niveau de la quantité de particules déposées, auquel a lieu la régénération, plus haut pour empêcher l'augmentation de la consommation de carburant provoquée par la fréquente régénération du filtre 1 à particules.
A cet égard, ainsi qu'il apparaît d'après la Fig. 8C, la répartition de la température à l'intérieur du filtre 1 à particules est telle que la température est plus élevée vers l'aval et maximale dans une partie centrale, et diminue vers le pourtour extérieur. Ainsi, selon cette répartition de la température, la zone 4 d'absorption de chaleur est formée afin que la capacité thermique augmente dans la partie centrale ou 10 la partie aval, laquelle température est susceptible d'être plus élevée. Ainsi, il est possible de maintenir au-dessous de la limite admissible la température maximale de l'intérieur du filtre 1 à particules.
Comme décrit plus haut, selon la présente invention, il est possible de supprimer l'augmentation de température dans le filtre à particules et d'empêcher le 15 catalyseur de se dégrader et le filtre à particules d'être endommagé même si la réaction en chaîne rapide de la combustion des particules survient du fait du brusque ralentissement du moteur ou pour d'autres causes. Ainsi, comme il est possible de laisser se déposer davantage de particules et de régénérer d'un seul coup le filtre à particules, la sûreté et l'amélioration de la consommation de carburant peuvent être 20 compatibles. Par ailleurs, comme la structure est simple, sa fabrication est facile.
Dans les formes de réalisation respectives décrites plus haut, bien que le filtre à particules soit du type à traversée de parois dans lequel des extrémités opposées de structure monolithique sont obturées de manière alternée, la présente invention ne doit pas se limiter à cela. Par exemple, on peut utiliser un filtre en tissu 25 non tissé utilisant des fibres céramiques ou des fibres métalliques, ou un filtre en métal fritté. Dans ce cas, il est également possible d'obtenir le même effet que celui évoqué plus haut en constituant la zone d'absorption de chaleur à capacité thermique plus forte à l'extrémité de sortie des gaz d'échappement du filtre à particules.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Epurateur de gaz d'échappement pour moteur (E) à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend: un filtre (1) à particules disposé à midistance dans un tuyau d'échappement (2) du moteur (E) à combustion interne, pour recueillir les particules présentes dans les gaz d'échappement; et un moyen de régénération du filtre (1) à particules servant à régénérer le filtre (1) à particules en brûlant et en éliminant à un moment approprié des 10 particules recueillies; une zone (4) d'absorption de chaleur ayant une capacité thermique supérieure à celle des autres parties étant présente à une extrémité d'un côté de sortie de gaz d'échappement du filtre (1) à particules pour absorber et dissiper la chaleur de combustion produite par la combustion des particules.
2. Epurateur de gaz d'échappement pour moteur (E) à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone (4) d'absorption de chaleur est formée, en fonction de la répartition de la température du filtre (1) à particules pendant la régénération de celui-ci, afin que la température maximale du filtre (1) à particules ne dépasse pas une limite admissible.
3. Epurateur de gaz d'échappement pour moteur (E) à combustion interne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le filtre (1) à particules est du type à écoulement à travers une paroi et a une structure monolithique comportant un certain nombre d'alvéoles (12) divisés par des parois poreuses (11); et les alvéoles (12) sont obturés de manière alternée à une extrémité d'entrée de gaz d'échappement ou à une extrémité de sortie de gaz d'échappement des alvéoles (12).
4. Epurateur de gaz d'échappement pour moteur (E) à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone (4) d'absorption de chaleur est 30 formée dans une structure à obturations en profondeur dans laquelle la profondeur des parties obturées (13A) à l'extrémité de sortie des gaz d'échappement de la structure monolithique est plus grande que celle des parties obturées (13B) à l'extrémité d'entrée des gaz d'échappement.
5. Epurateur de gaz d'échappement pour moteur (E) à combustion interne 35 selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure à obturations en profondeur est formée en dotant certaines des parties obturées (13A) du côté de la sortie des gaz d'échappement d'une longueur plus grande que celle des parties obturées (13B) du côté d'entrée des gaz d'échappement, tandis que la profondeur des autres premières parties obturées est égale à celle du côté de l'entrée des gaz d'échappement.
6. Epurateur de gaz d'échappement pour moteur (E) à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone (4) d'absorption de chaleur est formée par une structure à obturations en profondeur dans laquelle la profondeur des parties obturées (13A), sauf au moins celle(s) du pourtour extérieur (14), est plus 10 grande à l'extrémité de sortie des gaz d'échappement de la structure monolithique que celle à l'extrémité d'entrée des gaz d'échappement.
7. Epurateur de gaz d'échappement pour moteur (E) à combustion interne selon la revendication 6, caractérisé en ce que la structure à obturations en profondeur est plus profonde dans une partie centrale de la structure monolithique et 15 est moins profonde sur le pourtour extérieur (14) de celle-ci.
8. Epurateur de gaz d'échappement pour moteur (E) à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone (4) d'absorption de chaleur est formée en rendant plus épaisses les parois (11) des alvéoles de la structure monolithique à l'extrémité de sortie des gaz d'échappement que dans les autres 20 parties de la structure monolithique.
9. Epurateur de gaz d'échappement pour moteur (E) à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone (4) d'absorption de chaleur est formée en réduisant la porosité des parois (11) des alvéoles de l'extrémité de sortie des gaz d'échappement de la structure monolithique, de sorte qu'elle soit plus limitée 25 que celle des autres parties de la structure monolithique.
10. Epurateur de gaz d'échappement pour moteur (E) à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone (4) d'absorption de chaleur est formée en appliquant une matière à capacité thermique sur les surfaces des parois (11) des alvéoles à l'extrémité de sortie des gaz d'échappement de la structure 30 monolithique, et la matière à capacité thermique a une capacité thermique plus grande que celle de la structure monolithique.
11. Epurateur de gaz d'échappement pour moteur (E) à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que le filtre (1) à particules comporte une couche (6) à revêtement de catalyseur sur les surfaces des parois (11) des alvéoles, et 35 la zone (4) d'absorption de chaleur est formée en dotant la couche (6) à revêtement de catalyseur d'une épaisseur plus grande à l'extrémité de sortie des gaz d'échappement de la structure monolithique que dans les autres parties de la structure monolithique.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007039579A1 (fr) * 2005-10-05 2007-04-12 Robert Bosch Gmbh Element de filtrage et filtre destine a retraiter les gaz d'echappement
FR2907158A1 (fr) * 2006-10-16 2008-04-18 Peugeot Citroen Automobiles Sa Monolithe ceramique pour filtre a particules de gaz d'echappement de vehicule automobile
FR2927118A1 (fr) * 2008-02-05 2009-08-07 Renault Sas Filtre a particules d'une conduite d'echappement d'un moteur a combustion interne comportant des parties de circulation des gaz d'echappement raccourcies en son centre
EP2133522A1 (fr) * 2007-03-27 2009-12-16 Ngk Insulator, Ltd. Structure en nid d'abeilles étanche
EP2154343A1 (fr) * 2008-08-12 2010-02-17 MAN Nutzfahrzeuge AG Séparateur de particules, notamment filtre à particules, pour la séparation de particules à partir du flux de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne
US8268273B2 (en) 2008-08-12 2012-09-18 Man Truck & Bus Ag Method and device for the regeneration of a particle filter arranged in the exhaust gas train of an internal combustion engine

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60106924T2 (de) * 2000-07-24 2005-11-10 Toyota Jidosha K.K., Toyota Abgasreinigungsvorrichtung
DE102005032954B4 (de) * 2005-07-14 2017-10-05 Emcon Technologies Germany (Augsburg) Gmbh Partikelfilter für Abgase
EP1974791A4 (fr) * 2005-12-26 2010-08-11 Ngk Insulators Ltd Structure alvéolaire et son procédé de fabrication
JP2007216165A (ja) * 2006-02-17 2007-08-30 Ngk Insulators Ltd ハニカムフィルタ
WO2007105736A1 (fr) * 2006-03-13 2007-09-20 Ngk Insulators, Ltd. Structure de catalyseur en nid d'abeille
US7862640B2 (en) * 2006-03-21 2011-01-04 Donaldson Company, Inc. Low temperature diesel particulate matter reduction system
US7722827B2 (en) * 2006-03-31 2010-05-25 Corning Incorporated Catalytic flow-through fast light off ceramic substrate and method of manufacture
KR100747088B1 (ko) * 2006-06-20 2007-08-07 희성엥겔하드주식회사 열내구성이 개선된 디젤엔진 매연여과장치용 촉매식 ｄｐｆ
DE102006051928A1 (de) * 2006-11-03 2008-05-15 Robert Bosch Gmbh Filterelement, insbesondere zur Filterung von Abgasen einer Brennkraftmaschine
US7967887B1 (en) * 2006-11-03 2011-06-28 Cummins Filtration Ip, Inc. Exhaust aftertreatment filter with reduced maximum temperature
DE102006051927A1 (de) * 2006-11-03 2008-05-15 Robert Bosch Gmbh Filterelement, insbesondere zur Filterung von Abgasen einer Brennkraftmaschine
EP2098273B1 (fr) 2006-12-27 2013-07-17 Hitachi Metals, Ltd. Filtre en nid d'abeilles céramique et son procédé de fabrication
JP5616059B2 (ja) * 2007-04-27 2014-10-29 日本碍子株式会社 ハニカムフィルタ
DE102008042590A1 (de) 2007-10-05 2009-04-30 Denso Corp., Kariya-shi Abgasreinigungsfilter und Verfahren zu dessen Herstellung
BRPI0816627A2 (pt) * 2007-10-12 2015-03-10 Dow Global Technologies Inc Filtro alveolar cerâmico e método para filtrar fuligem de diesel
JP5188237B2 (ja) * 2008-03-28 2013-04-24 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
US8246922B2 (en) * 2009-10-02 2012-08-21 Basf Corporation Four-way diesel catalysts and methods of use
WO2011125772A1 (fr) * 2010-03-31 2011-10-13 日本碍子株式会社 Filtre en nid d'abeilles
US8273315B2 (en) * 2010-08-09 2012-09-25 Ford Global Technologies, Llc Engine emission control system
KR101575334B1 (ko) 2011-03-31 2015-12-08 현대자동차 주식회사 밀봉된 하니컴 구조체
WO2012133848A1 (fr) * 2011-03-31 2012-10-04 日本碍子株式会社 Structure étanche en nid d'abeilles
JP6639978B2 (ja) * 2016-03-23 2020-02-05 日本碍子株式会社 ハニカムフィルタ
JP6639977B2 (ja) * 2016-03-23 2020-02-05 日本碍子株式会社 ハニカムフィルタ
DE102017103555B4 (de) 2017-02-21 2023-02-16 Volkswagen Aktiengesellschaft Partikelfilter für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung
JP7217191B2 (ja) 2019-03-29 2023-02-02 日本碍子株式会社 ハニカムフィルタ
JP7408462B2 (ja) 2020-03-31 2024-01-05 日本碍子株式会社 ハニカムフィルタ

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0277012A1 (fr) * 1987-01-28 1988-08-03 Ngk Insulators, Ltd. Filtre en nid d'abeilles en céramique pour purifier des gaz d'échappement
JPH02112919U (fr) * 1989-02-27 1990-09-10
US5519993A (en) * 1994-02-14 1996-05-28 Ford Motor Company Spark ignition engine exhaust system
US6508852B1 (en) * 2000-10-13 2003-01-21 Corning Incorporated Honeycomb particulate filters
EP1312776A2 (fr) * 2001-11-16 2003-05-21 Isuzu Motors Limited Système pour la purification de gaz d'échappement

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS577215A (en) * 1980-06-16 1982-01-14 Ngk Insulators Ltd Preparation of ceramic honeycomb filter
US4417908A (en) * 1982-02-22 1983-11-29 Corning Glass Works Honeycomb filter and method of making it
US4509966A (en) * 1983-05-18 1985-04-09 General Motors Corporation Wall-flow monolith filter with porous plugs
DE3444472C1 (de) 1984-12-06 1986-02-13 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Abgasfilter fuer Dieselmotoren
JPH02112919A (ja) 1988-10-22 1990-04-25 Mitsuhiro Kanao 弁付きノズル
US5098455A (en) * 1990-12-21 1992-03-24 The Dow Chemical Company Regenerable exhaust gas filter element for diesel engines
JPH05133217A (ja) 1991-11-11 1993-05-28 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2938740B2 (ja) * 1993-12-14 1999-08-25 日本碍子株式会社 コージェライト質セラミックフィルタとその製造方法
JP3012167B2 (ja) 1995-04-12 2000-02-21 日本碍子株式会社 排ガス浄化フィルタおよびそれを用いた排ガス浄化装置
JP3624892B2 (ja) * 2001-03-29 2005-03-02 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0277012A1 (fr) * 1987-01-28 1988-08-03 Ngk Insulators, Ltd. Filtre en nid d'abeilles en céramique pour purifier des gaz d'échappement
JPH02112919U (fr) * 1989-02-27 1990-09-10
US5519993A (en) * 1994-02-14 1996-05-28 Ford Motor Company Spark ignition engine exhaust system
US6508852B1 (en) * 2000-10-13 2003-01-21 Corning Incorporated Honeycomb particulate filters
EP1312776A2 (fr) * 2001-11-16 2003-05-21 Isuzu Motors Limited Système pour la purification de gaz d'échappement

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007039579A1 (fr) * 2005-10-05 2007-04-12 Robert Bosch Gmbh Element de filtrage et filtre destine a retraiter les gaz d'echappement
FR2907158A1 (fr) * 2006-10-16 2008-04-18 Peugeot Citroen Automobiles Sa Monolithe ceramique pour filtre a particules de gaz d'echappement de vehicule automobile
EP2133522A1 (fr) * 2007-03-27 2009-12-16 Ngk Insulator, Ltd. Structure en nid d'abeilles étanche
EP2133522A4 (fr) * 2007-03-27 2011-05-11 Ngk Insulators Ltd Structure en nid d'abeilles étanche
US7972677B2 (en) 2007-03-27 2011-07-05 Ngk Insulators, Ltd. Plugged honeycomb structure
FR2927118A1 (fr) * 2008-02-05 2009-08-07 Renault Sas Filtre a particules d'une conduite d'echappement d'un moteur a combustion interne comportant des parties de circulation des gaz d'echappement raccourcies en son centre
EP2154343A1 (fr) * 2008-08-12 2010-02-17 MAN Nutzfahrzeuge AG Séparateur de particules, notamment filtre à particules, pour la séparation de particules à partir du flux de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne
US8268273B2 (en) 2008-08-12 2012-09-18 Man Truck & Bus Ag Method and device for the regeneration of a particle filter arranged in the exhaust gas train of an internal combustion engine
RU2516774C2 (ru) * 2008-08-12 2014-05-20 Ман Трак Унд Бас Аг Сепаратор частиц, в частности, фильтр твердых частиц, для отделения частиц из потока отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

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Publication number Publication date
JP2005002972A (ja) 2005-01-06
FR2856108B1 (fr) 2008-06-06
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US20050011186A1 (en) 2005-01-20

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