FR2879236A1 - Filtre a particules a section de canaux variable - Google Patents

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Abstract

Filtre à particules de post-traitement pour les gaz d'échappement d'un moteur à combustion constitué d'un ensemble de canaux (5) à parois poreuses (1,2), caractérisé en qu'il existe un gradient longitudinal de la section des canaux (5) composant ledit filtre entre son entrée et sa sortie.

Description

Filtre à particules à section de canaux variable.

La présente invention concerne les dispositifs de post traitement des gaz d'échappement, et plus particulièrement les filtres à particules.

L'hétérogénéité des processus de combustion dans les moteurs diesels a pour effet de générer des particules de carbone qui ne peuvent être brûlées efficacement dans le moteur. Cela se traduit par l'apparition à l'échappement, de fumées noires caractéristiques de ce type de motorisation.

Ce phénomène est particulièrement marqué lors des phases de démarrage et lors de fortes accélérations. Le respect de futures normes législatives imposent aux constructeurs automobiles la mise en oeuvre de systèmes de dépollution permettant de limiter voire de supprimer complètement ce phénomène.

Afin de résoudre ce problème il est déjà connu d'implanter dans la ligne d'échappement un élément semi poreux appelé filtre à particules, autorisant le passage des composés gazeux, mais retenant des composés particulaires, dont les fumées diesels.

Pour optimiser le filtrage et la régénération du filtre à particule, la publication EP1245262 propose d'adapter les propriétés intrinsèques des matériaux à ce type d'application. Autrement dit, de choisir et de configurer le bon matériau.

Toujours dans le but d'améliorer les propriétés filtrantes du filtre à particules, la publication EP0135945 propose d'optimiser, non plus le matériau choisi, mais bien plutôt la forme des cellules du filtre à particules. C'est ainsi que l'on a vu apparaître des cellules de filtre à particules à ondulations, ou d'autres ayant une forme triangulaire ou trapézoïdale.

Le filtre à particules peut être placé dans une position dite "sous plancher", et\ou en amont d'un catalyseur d'oxydation, les deux éléments étant alors proches du turbocompresseur.

Dans d'autres cas.. le filtre à particules est l'unique élément de dépollution de la ligne d'échappement, et il assure à la fois les fonctions de dépollution, de filtration et de régénération. La régénération consiste à brûler périodiquement les particules accumulées sur le filtre. Pour réussir cette régénération en élevant la température des gaz d'échappement, on a recours a une injection de carburant en phase de détente dans les cylindres de combustion, dite "la post-injection". Toujours pour favoriser la régénération, les canaux du filtre à particules sont enduits d'un catalyseur à base de métal précieux. On dit que le filtre est un filtre à particules catalytique. Dans cette configuration sous plancher, le filtre à particules tire avantage de sa proximité du moteur car il assure une combustion locale du carburant post- injecté. Le système dans lequel le filtre est seul dans la ligne d'échappement permet une combustion de tout ou partie du carburant post- injecté, directement dans le filtre à particule. Cette configuration permet de minimiser les pertes thermiques, et donc d'optimiser la régénération du filtre.

Toutefois, ce système n'offre pas en l'état des performances optimales. En effet la combustion du gazole injecté par le moteur nécessite une certaine durée avant de se consumer. La figure 1 illustre ce phénomène. Elle représente la température dans les canaux du filtre, lors d'une phase de régénération, en fonction de la position mesurée en centimètre à partir de l'entrée du filtre. La température des gaz d'échappement en entrée du filtre est de 450 C pour cet exemple. Sachant que la température nécessaire à la combustion de la suie est d'environ 590 C, la première partie du filtre n'est pas régénérée et seuls les deux derniers tiers du filtre sont nettoyés. Ainsi l'énergie dépensée n'est pas utilisée de façon optimale.

La présente invention se propose de remédier à cet inconvénient et donc de permettre la régénération complète du filtre à particules en assurant une combustion de la plus grande partie du carburant post- injecté, sur le matériau catalytique lui-même.

Pour ce faire l'objet de l'invention est un gradient longitudinal de la section des canaux composant le filtre entre son entrée et sa sortie, cette section diminuant de l'entrée vers la sortie.

Avantageusement, le gradient longitudinal de la section des canaux d'entrée est obtenu en faisant varier leur épaisseur de parois.

Le gradient longitudinal de la section des canaux peut également être obtenu par l'inclinaison d'un angle a donné à la paroi inférieur, et à la paroi supérieure, par rapport à l'axe longitudinal du canal que forme lesdites parois.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de deux exemples non limitatifs de réalisation de la présente invention faite en référence aux figures 2 et 3.

Sur la figure 2, on observe une coupe longitudinale de deux canaux d'entrée 5 et d'un canal de sortie 6 d'un filtre à particules réalisé selon l'invention. Ces canaux se composent d'une paroi supérieure 1 et d'une paroi inférieure 2, toutes deux poreuses. Les flèches 4 illustrent la progression des gaz d'échappement à l'intérieur du filtre qui, après avoir traversé les parois 1 et 2 se retrouve dans un des canaux de sortie, ici le canal 6. Un élément de maintien mécanique 3 est intercalé entre les canaux. Les particules 7 sont accumulées principalement au fond du filtre à particules, près de l'ouverture de sortie 8.

La figure 2 permet de constater la géométrie particulière des canaux du filtre à particules proposé par l'invention, et plus particulièrement une variation de la taille de la section des canaux entre l'entrée et la sortie du filtre. La section des canaux est plus grande en entrée de filtre à particules qu'en sortie de celui-ci. Il s'agit donc d'un filtre à particules dont les canaux sont à section diminuante. Cet agencement particulier permet d'éviter l'accumulation de particules sur les premières tranches du filtre, et de les concentrer au fond du filtre.

Selon le mode de réalisation de la figure 2, la diminution de section des canaux entre l'entrée et la sortie du filtre à particules est compensée par l'augmentation de l'épaisseur des parois du filtre. En effet l'épaisseur des canaux croit à mesure de la progression dans le filtre à particules. Cette réalisation permet de faire varier la robustesse thermique du matériau, en effet celle-ci est de plus en plus élevée à mesure de l'avancée dans le filtre à particules.

La figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale de deux canaux d'un filtre à particules selon l'invention, réalisés grâce à un autre mode de réalisation. Sur cette figure, on observe une coupe longitudinale de deux canaux d'entrée 5 et d'un canal de sortie 6. Comme pour le mode de réalisation de la figure 1, les canaux 5 sont constitués de deux parois poreuses: une paroi supérieure 1, et une paroi inférieure 2. Un élément de maintien mécanique 3 est intercalé entre les canaux. Les flèches 4 illustrent la progression des gaz d'échappement à l'intérieur du filtre qui, après avoir traversé les parois 1 et 2, se retrouve dans un des canaux de sortie, ici le canal 6.

Dans ce mode de réalisation, la différence d'ouverture des canaux entre l'entrée et la sortie du filtre, est réalisée par l'inclinaison d'un angle a donnée à la paroi interne 1 et à la paroi externe 2 par rapport à l'axe longitudinal du canal que forme lesdites parois. Au dessus de quarante degrés, le nombre de canaux disponibles serait insuffisant pour le bon fonctionnement du filtre.

Un avantage de cette solution est qu'elle est applicable à un grand nombre de formes de section de canaux de filtre à particules, qu'elle soit rectangulaire, triangulaire, hexagonale ou autre.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1) Filtre à particules de post-traitement pour les gaz d'échappement d'un moteur à combustion constitué d'un ensemble de canaux (5) à parois poreuses (1,2), caractérisé en qu'il existe un gradient longitudinal de la section des canaux (5) composant ledit filtre entre son entrée et sa sortie.
2) Filtre à particules selon la revendication 1 caractérisé en ce que la section des canaux d'entrée (5) diminue de l'entrée vers la sortie du filtre.
3) Filtre à particules selon la revendication 2 caractérisé en ce que le gradient longitudinal de la section des ces canaux d'entrée (5) est obtenu en faisant croître l'épaisseur des parois (1,2) des canaux du filtre.
4) Filtre à particules selon la revendication 2 caractérisé en ce que le gradient longitudinal de la section des canaux est obtenu par l'inclinaison d'un angle ci donné à la paroi supérieure (1) et à la paroi inférieure (2) par rapport à l'axe longitudinal du canal que forme lesdites parois (1,2).
5) Filtre à particules selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'angle a peut varier entre un et quarante degrés.
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