FR2909896A1 - Media filtrant pour dispositif de filtration des gaz d'echappement d'un moteur diesel, dispositif de filtration et ligne d'echappement des gaz d'un moteur a combustion interne le mettant en oeuvre - Google Patents

Media filtrant pour dispositif de filtration des gaz d'echappement d'un moteur diesel, dispositif de filtration et ligne d'echappement des gaz d'un moteur a combustion interne le mettant en oeuvre Download PDF

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Abstract

La structure de filtration de l'invention est constituée d'une pluralité d'unités filtrantes (1) comprenant un média filtrant, dans laquelle lesdites unités filtrantes :▪ sont séparées les unes des autres par un mat ou tissu de céramique imprégné avec une colle céramique, de manière à les solidariser les unes aux autres tout en les gardant mécaniquement et thermiquement indépendante ;▪ sont insérées ensuite dans une structure (4), notamment de nature métallique ou céramique, et sont solidarisées à celle-ci par le biais d'un support, également réalisé en un mat ou tissu céramique imprégné d'une colle céramique.

Description

1 MEDIA FILTRANT POUR DISPOSITIF DE FILTRATION DES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN
MOTEUR DIESEL, DISPOSITF DE FILTRATION METTANT EN OEUVRE UN TEL MEDIA, ET LIGNE D'ECHAPPEMENT DES GAZ D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE METTANT EN OEUVRE UN TEL DISPOSITIF DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne de façon générale le domaine des filtres à particules, et de façon plus particulière, un dispositif de filtration de gaz d'échappement pour moteur 10 diesel. De façon plus particulière, la présente invention concerne la mise en oeuvre et la construction d'un média filtrant original, destiné à être intégré au sein d'un dispositif de filtration des gaz d'échappement d'un moteur diesel. ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE La réduction des émissions polluantes produites par les moteurs à explosion, et en particulier par les moteurs diesels, est l'objectif que se sont fixés les pouvoirs publics. A 20 cette fin, l'instauration de normes toujours plus draconiennes impose aux constructeurs automobiles de développer des moteurs présentant des consommations de plus en plus réduites et surtout optimisées afin de limiter la libération de particules imbrûlées; mais également des dispositifs de filtration de gaz d'échappement permettant de retenir les particules polluantes. 25 Ainsi, afin de réduire l'émission de gaz polluants imbrûlés et de particules solides, les constructeurs automobiles ont mis au point les pots catalytiques ou catalyseurs, généralement constitués d'une enveloppe en acier inoxydable, d'un isolant thermique et d'un support en nid d'abeille imprégné de métaux précieux tels que le platine ou le 30 rhodium. Ces pots catalytiques comportent désormais un filtre à particules, dont la fonction est de retenir les particules de carbone, constituant les particules imbrûlées émises par le moteur. Toutefois, l'une des difficultés consiste à trouver des solutions pour que ces particules de 35 carbone piégées sur le filtre puissent brûler ou s'oxyder au fur et à mesure qu'elles se déposent afin d'éviter le colmatage de ce dernier. 15 2909896 2 Les techniques de filtres à particules pour moteur diesel, utilisées aujourd'hui ou en cours de développement, sont toutes confrontées au problème majeur de la combustion incomplète et intempestive des particules retenues sur le média filtrant. En effet pour des conditions d'utilisations urbaines, la température des gaz d'échappement atteinte est 5 insuffisante pour provoquer cette combustion et limiter significativement le colmatage du filtre. Sans assistance chimique, les particules de carbone issues de la combustion du gazole ne commencent à s'oxyder significativement qu'au-dessus de 500 C. Ces températures n'étant pratiquement jamais atteintes dans les conditions de roulage urbain, il est donc nécessaire de faire appel à un procédé chimique pour les éliminer. A défaut d'assistance chimique, il s'ensuit un colmatage du filtre qui, outre le fait qu'il entraîne une perte de charge au niveau du moteur, et donc un mauvais fonctionnement de celui-ci, provoque des réactions violentes lorsque ces particules de carbone piégées en concentration excessive s'enflamment brutalement sur le média filtrant. Cette réaction de combustion, très rapide et très exothermique d'une grande masse de particules, entraîne des températures localement très élevées et conduit généralement à une destruction du filtre par choc thermique.
Pour obtenir l'oxydation de ces particules, plusieurs systèmes sont déjà utilisés. Ainsi, certains systèmes proposent de disposer en amont du filtre à particules, un moyen de catalyse d'oxydation permettant la transformation du monoxyde d'azote NO, contenu dans les gaz d'échappement, en dioxyde d'azote NO2 à partir de 250 C. Cette technique, appelée "Continuous Regenerating Trap" (C.R.T.), allie les effets du filtre à particules et du catalyseur d'oxydation du NO. Ce moyen est constitué par un support catalytique sur lequel est fixé le catalyseur, qui est généralement un métal précieux tel que le platine ou le rhodium. Le NO2 produit par l'action de ce dernier possède la propriété d'oxyder les particules de carbone à partir de 250 C. Toutefois, le bon fonctionnement du filtre dépend de la température moyenne atteinte et du rapport de particules émises par rapport au NO2 formé. Il existe un moyen similaire constituant une variante de ce dernier, dans lequel le 35 catalyseur est fixé directement sur le filtre à particules.
2909896 3 D'autres techniques de régénération font appel à l'utilisation d'additifs organométalliques rajoutés au gazole, tels que le cérium, fer, strontium, calcium ou autres, de manière à enrober les particules de carbone formées de l'oxyde métallique du catalyseur et à obtenir ainsi une oxydation de celle-ci à plus basse température. Ces techniques permettent d'obtenir un effet similaire à celui obtenu avec le NO2 en catalysant la combustion des matières charbonneuses à des températures voisines de 300, 350 C.
10 D'autres techniques consistent à mettre en oeuvre des moyens de chauffage complémentaires du type brûleurs, résistances électriques ou autres. Ces moyens de chauffage complémentaire ne sont actionnés que lorsque la cartouche présente un début de colmatage, se traduisant par une augmentation de la perte de charge. Un tel dispositif de régénération est mis en oeuvre avec le moteur en marche, c'est à dire en présence d'un 15 débit de gaz d'échappement important. Il nécessite donc une puissance de chauffage importante pour simultanément porter à la bonne température les gaz d'échappement et la masse de la cartouche filtrante. Aujourd'hui, la majorité des filtres sont constitués d'un média filtrant en cordiérite sous 20 forme de nids d'abeille. La cordiérite est une céramique qui présente une faible conductivité thermique associée à des propriétés mécaniques moyennes, et qui est donc très sensible aux variations brutales de température qui accompagnent les régénérations incontrôlées.
25 En effet, lorsque le phénomène se produit, cette combustion n'est pas du tout homogène et on peut très bien observer une partie du filtre relativement froide et relever sur la partie au niveau de laquelle la combustion s'est déclarée, une température très élevée. Les différences de température observées entre ces parties chaudes et le reste du filtre du fait de la faible conductibilité thermique de la cordiérite et malgré son faible coefficient de 30 dilatation, peuvent générer des variations de dilation telle que des micros fissurations peuvent apparaître, qui à terme sont susceptibles de conduire à la destruction du média filtrant.
5 2909896 4 La cordiérite présente en outre un autre facteur limitant, lié de façon indirecte à sa faible conductibilité thermique. En effet la combustion du carbone dans l'air conduit à des températures supérieures à 1.500 C et rien ne s'oppose à ce que ces températures soient atteintes si le carbone est présent en concentration suffisante. Or, la température de fusion 5 de la cordiérite de l'ordre de 1400 C risque d'être dépassée et le filtre détruit. Afin de pallier ces inconvénients, on a proposé de remplacer la cordiérite par du carbure de silicium. Celui-ci est de plus en plus utilisé pour la fabrication de média filtrant, céramique, mais sous forme segmenté.
10 Le carbure de silicium présente une bien meilleure conductibilité thermique (0,08 cal/cm/s/ C contre 0,0025 pour la cordiérite) associée à des propriétés mécaniques bien supérieures et une température de fusion de plus de 2000 C. Il permet donc de mieux résister à ce phénomène de combustion incontrôlée sans pouvoir toutefois éliminer tous 15 les incidents. En effet le point faible du carbure de silicium est son coefficient de dilatation élevé, (4,5.10-6 contre 1.10-6 pour la cordiérite). Pourtant, il supporte donc moins bien les chocs thermiques que la cordiérite. Afin de réduire les conséquences de cet inconvénient, les médias filtrants en carbure de 20 silicium sont fabriqué sous forme segmentée et se présente sous forme de mini blocs généralement de section carré, collés les uns aux autres par un ciment. Ce ciment a pour rôle d'absorber les différences dimensionnelles durant les phases de combustion liées aux fortes variations de températures qui peuvent être observées. Pour rendre ce média filtrant résistant mécaniquement sans que les segments qui le constituent puissent se désolidariser 25 durant les phases de combustion, il est usiné et tourné pour en faire des formes de révolution cylindrique ou oblongue pour être ensuite incorporé de force dans une enveloppe métallique entourée d'un mat de céramique, ladite enveloppe métallique étant destinée à maintenir assemblés les différents segments entre eux.
30 Dans un tel contexte technique, l'objectif de la présente invention indépendamment des procédés de régénération utilisés, est de proposer une technique de fabrication et d'assemblage originale du média filtrant, propre à réduire de manière très sensible les contraintes thermiques et mécaniques lors des combustions brutales des particules de carbone déposées (sans aucun inconvénient), de manière à éliminer les fissurations susceptibles d'en découler.
2909896 5 Un autre objectif de l'invention est de fournir un mode d'assemblage autorisant des régénérations brutales, et donc des variations importantes de la température sans effet destructif sur le filtre, aussi bien avec des médias filtrants réalisés en carbure de silicium qu'en cordiérite ou autres céramiques utilisables pour cette fonction. Un autre objectif de l'invention est d'offrir la possibilité de disposer de formes parallélépipédiques au lieu des formes cylindriques ou de révolutions habituelles, pour pouvoir réaliser des médias filtrants extra plats.
10 Un autre objectif de cette invention est d'avoir la possibilité d'incorporer directement dans le média filtrant des résistances électriques permettant éventuellement de s'affranchir de toutes les méthodes habituelles de régénération utilisées. EXPOSE DE L'INVENTION 15 Ces objectifs, parmi d'autres, sont atteints par la présente invention. Celle-ci concerne tout d'abord un dispositif de filtration de gaz d'échappement comprenant au moins un ensemble d'unités filtrantes séparées les unes des autres par un mat ou tissu de céramique imprégné avec une colle céramique, de manière à les solidariser les unes aux autres tout en les 20 gardant mécaniquement et thermiquement indépendante. Ces unités filtrantes sont insérées ensuite dans une structure de nature métallique, céramique ou autre. Une ou plusieurs unités filtrantes sont donc ainsi susceptibles d'être insérées dans cette structure de manière à former des ensembles plus ou moins importants en fonction de l'utilisation envisagée. L'association dans ces structures d'une ou de plusieurs unités filtrantes est réalisée de la 25 même manière, chaque unité filtrante étant collée sur un support céramique qui la sépare de sa voisine ou de la structure dans laquelle elle est contenue. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les unités filtrantes se présentent sous forme de parallélépipède avec une structure en nid d'abeille et de section carrée, dont la 30 dimension est comprise entre 20 et 200 millimètres de côté, pour des longueurs de 50 à plus de 500 mm. Selon une caractéristique remarquable de l'invention, lesdites unités filtrantes de section carrée sont montées directement dans la structure les contenant, en assemblant au fur et à 35 mesure tous les constituants suivants unités filtrantes, mat imprégné d'une colle céramique, par exemple par la méthode décrite ci-dessous.
5 2909896 6 Le réceptacle ou enveloppe, contenant les unités filtrantes, peut être réalisé en deux parties. Il est enduit de colle céramique à chaque angle. Il reçoit un support céramique souple prédécoupé à la bonne dimension, ledit support ayant été au préalable pré imprégné d'eau de manière à ce que la colle puisse bien se répartir durant toute la durée de 5 l'opération. Parallèlement toutes les unités filtrantes prévues pour être assemblées après avoir été elles aussi pré imprégnées d'eau, sont largement enduites de colle céramique. L'assemblage de l'ensemble se poursuit en disposant ainsi les unités filtrantes prè-enduites de colle sur le support céramique, chaque unité filtrante étant séparée de sa ou de ses voisines ou dudit réceptacle ou de ladite enveloppe par le support céramique suivant la 10 même procédure. Avantageusement, le support céramique est constitué par un mat ou un tissu à base de fibres longues et présentant une densité comprise entre 150 et 500 kg/m3 ; il présente une épaisseur comprise entre 1 et 15 mm, fonction du type d'application envisagé pour le filtre 15 et de la dimension de chaque unité filtrante. Le choix de l'épaisseur finale dépend du niveau d'isolation thermique et mécanique recherché pour l'application visée ainsi que de la géométrie de la pièce pour encaisser les variations de dilatation. La colle mise en oeuvre est préférentiellement à base d'oxydes ou de carbures céramiques, 20 utilisés généralement pour la liaison de brique ou de feutre réfractaire isolant de classe 26 ou supérieur à 1400 C dont le coefficient de dilatation est proche de celui du média filtrant utilisé. Avantageusement, les unités filtrantes sont chacune associées à une résistance électrique 25 chauffante (8), accolée à ladite unité, ou intégrée en son sein. L'invention concerne également une ligne d'échappement de moteur à combustion interne, intégrant le dispositif de filtration ainsi décrit. Cette ligne d'échappement comprend au moins un orifice d'entrée des gaz issus de ladite combustion interne, au 30 moins un dispositif de filtration destiné à piéger les particules solides contenues dans lesdits gaz d'échappement dudit moteur et au moins un orifice d'échappement à l'atmosphère desdits gaz situé en aval dudit dispositif de filtration. Selon l'invention : ^ le dispositif de filtration comprend au moins un moyen de catalyse et des moyens de filtration desdits gaz d'échappement au sein d'une enceinte réactionnelle située dans 35 la trajectoire du flux des gaz d'échappement, lesdits moyens étant constitués d'une pluralité d'unités filtrantes, telles que précédemment décrites ; 2909896 7 ^ ladite ligne comprend des clapets ou valves destinés à isoler une partie du dispositif de filtration en arrêtant les flux de gaz d'échappement parvenant au niveau de la partie considérée.
5 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, à l'appui des figures annexées, qui représentent, de façon nullement limitative, des exemples de réalisation du dispositif de filtration selon l'invention et dans lesquels : 10 La figure 1 représente une vue tridimensionnelle schématique du dispositif de l'invention, comprenant quatre éléments filtrants. La figure 2 représente une vue schématique en section de ces quatre éléments assemblés et collés dans une boîte métallique.
15 Les figures 3 et 4 représentent une vue schématique tridimensionnelle de ces quatre éléments assemblés et collés dans la boîte métallique illustrant une possibilité de soudure. Les figures 5 et 6 représentent schématiquement quatre éléments filtrants assemblés et collés dans une boîte métallique sensiblement différente de celle représentée au sein des figures 3 et 4, une partie étant sous forme de couvercle assurant un recouvrement. La 20 figure 5 montre de quelle manière ladite boîte doit être mise sous contrainte avant soudure de manière à assurer une bonne compression du mat céramique pour garantir une bonne étanchéité. La figure 7 représente respectivement en section et en perspective l'utilisation d'éléments filtrants de section triangulaire et leur assemblage dans une boîte métallique.
25 La figure 8 illustre une variante de l'invention, dans laquelle des résistances électriques chauffantes destinées à chauffer chaque élément filtrant. La figure 9 illustre la possibilité de prévoir au moment de la fabrication un canal dans le nid d'abeille des éléments filtrants de manière à assurer une meilleure intégration des résistances chauffantes.
30 La figure 10 illustre schématiquement un dispositif de filtration mettant en oeuvre les éléments filtrants de l'invention, incorporant des résistances électriques de manière à contrôler les phases de régénération.
2909896 MODE DE REALISATION DE L'INVENTION Selon une première forme de réalisation de l'invention, les unités ou éléments filtrants (1) sont constitués d'un média filtrant réalisé en cordiérite, ou en carbure de silicium, ou en 5 une autre céramique adaptée aux conditions, thermiques notamment, auxquelles lesdits éléments sont susceptibles d'être soumis. Ces unités filtrantes (1) se présentent sous forme de parallélépipède avec une structure en nid d'abeille. Dans l'exemple décrit, elles sont de section transversale carrée, dont la 10 dimension est comprise entre 20 et 200 millimètres de côté, pour des longueurs de 50 à plus de 500 mm. Ces unités filtrantes sont assemblées dans un support rigide (4), de préférence métallique, constitué en l'espèce par une boîte, par l'intermédiaire de joints (5). En outre, elles sont 15 séparées les unes des autres au moyen d'un joint (2, 3). Ces différents joints présentent une résistance thermique importante et une bonne compressibilité, autorisant la dilatation des unités filtrantes lors des phases de régénérations. Avantageusement, ces joints (5) sont constitués d'un tissu ou d'un mat de céramique, ou de tout autre produit flexible présentant une bonne résistance à haute température.
20 Ces joints (2, 3, 5) sont imprégnés d'une colle céramique, préférentiellement à base d'oxydes ou de carbures céramiques, (utilisés généralement pour la liaison de brique ou de feutre réfractaire isolant de classe 26 ou supérieur à 1.400 C, dont le coefficient de dilatation est proche de celui du média filtrant utilisé), lors de l'assemblage, de manière à 25 assurer un collage entre le tissu ou le mat qui les constitue et le média filtrant des unités filtrantes. Ils présentent une épaisseur typique de 0,5 à 15 mm. Au surplus, préalablement à leur mise en place, les joints sont imprégnée d'eau, afin de les maintenir suffisamment humides, et éviter qu'ils n'assèchent la colle céramique dont ils 30 sont imprégnés. Celle-ci doit en effet rester sous forme malléable durant tout le processus de réalisation du dispositif de filtration. Avantageusement, la boîte (4) est constituée d'une tôle de préférence réalisée en acier inoxydable, et dont l'épaisseur est adaptée à la taille de l'ensemble à réaliser, par exemple 35 1 à 2 mm pour un ensemble carré de 100 à 150 mm de côté, voir plus de 2 mm pour des boîtes de dimensions supérieures.
8 2909896 9 Afin d'améliorer la rigidité de la tôle constitutive de la boîte (4), celle-ci est gaufrée. Cependant, elle peut également être renforcée par des renforts soudés sur ses flancs. Selon l'invention, la boîte (4) se présente sous la forme de deux parties (6) et (7), chacune 5 desdites parties venant entourer partiellement quatre unités filtrantes dans l'exemple décrit. Ces deux parties sont solidarisées l'une à l'autre par soudage d'une baguette linéaire (8) au niveau de leurs zones de jonction. Ainsi, pour les boîtes de grandes dimensions, ce mode d'assemblage est facilité, et est susceptible d'être automatisé.
10 Selon encore une autre variante (voire figures 5 et 6), les deux parties (6, 7) viennent s'imbriquer l'une dans l'autre à l'instar d'un couvercle sur une boîte. Cette variante s'avère avantageuse pour les boîtes de petites dimensions, typiquement jusqu'à 250 mm de côté. Là encore, la réalisation de l'ensemble est automatisable.
15 Selon une autre variante de l'invention, la section des unités filtrantes n'est plus de forme carrée, mais de forme triangulaire (voir figure 7), le principe de l'invention demeurant identique. Cette forme à section triangulaire favorise la construction de filtres extra plats, présentant typiquement une hauteur inférieure à 100 mm. En outre, elle permet de mettre en oeuvre des média filtrants présentant une excellente résistance aux régénérations très 20 sévères. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, on incorpore au sein des unités filtrantes, une résistance électrique chauffante (8), destinée, de manière connue, à régénérer l'unité filtrante en question. A cet effet, l'intégration de telles résistances chauffantes peut être réalisée lors de l'assemblage de la structure, sur l'une des faces de celle-ci, ainsi que représenté sur la figure 8, entre le média filtrant et le mat céramique, de manière plus ou moins solidarisée au média filtrant par la colle céramique utilisé dans l'assemblage. Cependant, l'intégration de telles résistances chauffantes peut également être réalisée directement au sein dudit média filtrant, dans l'un des canaux (9) définis par la structure en nid d'abeille qui les caractérise, réservé à cet effet comme le représente la figure 9.
25 30 2909896 10 La mise en oeuvre de média filtrant réchauffé électriquement s'effectue avantageusement dans un dispositif comportant un système de valves ou de clapets, permettant d'isoler une partie du filtre. En effet si l'on veut programmer des régénérations dudit média lorsque le moteur tourne, il est nécessaire de mettre en oeuvre des puissances électriques de plusieurs 5 kilowatts pour simplement compenser toutes les calories qui seraient entraînées dans les gaz d'échappement. Par exemple pour un moteur diesel de 100 kW fonctionnant à demi charge, le débit des gaz d'échappement est voisin de 100 g/s, nécessitant une puissance électrique de 20 kW pour simplement monter la température des gaz d'échappement de 200 C.
10 En revanche, si par le biais d'une telle valve, seul l'un des modules filtrants est chauffé, pour une masse de 1000 grammes, la puissance électrique nécessaire pour monter la température de 200 C en 30 secondes diminue à environ 4 kW, voire même à 2 kW si l'on se contente d'aboutir à ce résultat en une minute. Il est de fait envisageable de chauffer individuellement chaque élément filtrant les uns après les autres pour réduire si nécessaire la puissance de chauffe. La température de régénération étant atteinte (plus de 500 C sans additif ou 400 C avec 20 additif), la valve ayant maintenu isolée du débit des gaz d'échappement le module de filtration en question, est progressivement ouverte de manière à amener l'oxygène contenu dans les gaz d'échappement en contact avec le carbone pour en assurer la combustion. L'énergie produite est alors suffisante pour porter tous les éléments du module bien au-delà de la température initiale de combustion (500 ou 400 C) et la faire progresser à tout 25 l'ensemble de filtration. On a de fait représenté en relation avec la figure 10 une ligne d'échappement incorporant une pluralité d'unités de filtration conformes à l'invention, et intégrant lesdites résistances électriques chauffantes.
30 Les gaz d'échappement en sortie de moteur sont introduits dans le dispositif (10) par une tubulure (11), puis sont dirigés vers les éléments de catalyseur (12), pour ensuite être filtrés au niveau de deux structures de filtration (13, 14) contenant les unités de filtration (1) conformes à l'invention. Chacune des unités de filtration est susceptible d'être 35 chauffée par l'intermédiaire de résistances chauffantes (8), associées à un circuit électrique (15) correspondant.
15 2909896 11 Selon l'invention, les valves ou clapets (16) sont positionnés en sortie des structures de filtration, de telle sorte à pouvoir obturer l'une ou l'autre desdites structures, afin de maintenir la structure obstruée à température élevée, et favoriser le fonctionnement général de la ligne d'échappement. Ces valves ou clapets sont actionnés par tout moyen, 5 tel que par exemple des vérins pneumatiques (17). Le dispositif (10) comporte en outre une tubulure de sortie (18) des gaz d'échappement ainsi filtrés. Au surplus, il comporte avantageusement un capteur de température (19) et de pression (20), disposés en amont des structures de filtration (13, 14), et destinés à favoriser 10 la gestion du fonctionnement des unités de filtration.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Structure de filtration, constituée d'une pluralité d'unités filtrantes (1) comprenant un média filtrant, caractérisée : ^ en ce que lesdites unités filtrantes (1) sont séparées les unes des autres par un mat ou tissu de céramique imprégné avec une colle céramique, de manière à les solidariser les unes aux autres tout en les gardant mécaniquement et thermiquement indépendante ; ^ et en ce que lesdites unités filtrantes sont insérées ensuite dans une structure (4), notamment de nature métallique ou céramique, et sont solidarisées à celle-ci par le biais d'un support, également réalisé en un mat ou tissu céramique imprégné d'une colle céramique.
2. Structure de filtration selon la revendication 1, caractérisée en ce que les unités filtrantes sont constituées d'une structure en nid d'abeilles réalisée en céramique, et notamment en cordiérite ou en carbure de silicium.
3. Structure de filtration selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le mat ou le tissu de céramique est constitué de fibres longues, et en ce qu'il présente une densité comprise entre 150 et 500 kg/m3, et une épaisseur comprise entre 1 et 10 mm.
4. Structure de filtration selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les unités filtrantes se présentent sous forme de parallélépipède de section transversale carrée.
5. Structure de filtration selon la revendication 4, caractérisée en ce que la dimension des côtés du carré est comprise entre 20 et 200 millimètres, et en ce que leur longueur est comprise entre 50 et 500 mm.
6. Structure de filtration selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les unités filtrantes présentent une section transversale triangulaire.
7. Structure de filtration selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la 35 structure contenante, de nature métallique ou céramique est réalisée en deux parties, solidarisées l'une à l'autre par soudure. 2909896 13
8. Structure de filtration selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la structure contenante, de nature métallique ou céramique est réalisée en deux parties, l'une venant s'imbriquer dans l'autre. 5
9. Structure de filtration selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les unités filtrantes sont chacune associées à une résistance électrique chauffante (8), accolée à ladite unité, ou intégrée en son sein.
10. Dispositif de filtration de gaz d'échappement comprenant au moins un moyen de 10 catalyse et des moyens de filtration desdits gaz d'échappement au sein d'une enceinte réactionnelle située dans la trajectoire du flux des gaz d'échappement, caractérisé en ce que les moyens de filtration sont constitués d'une structure de filtration selon l'une des revendications 1 à 9. 15
11. Ligne d'échappement (10) de moteur à combustion interne, comprenant au moins un orifice d'entrée (11) des gaz issus de ladite combustion interne, au moins un dispositif de filtration destiné à piéger les particules solides contenues dans lesdits gaz d'échappement dudit moteur et au moins un orifice d'échappement (18) à l'atmosphère desdits gaz situé en aval dudit dispositif de filtration, caractérisée : 20 en ce que le dispositif de filtration comprend au moins un moyen de catalyse (12) et des moyens de filtration (13, 14) desdits gaz d'échappement au sein d'une enceinte réactionnelle située dans la trajectoire du flux des gaz d'échappement, lesdits moyens étant constitués d'une pluralité d'unités filtrantes (1) comprenant un média filtrant, lesdites unités étant séparées les 25 unes des autres par un mat ou tissu de céramique imprégné avec une colle céramique, de manière à les solidariser les unes aux autres tout en les gardant mécaniquement et thermiquement indépendante, et sont insérées dans une structure (4), notamment de nature métallique ou céramique, et solidarisées à celle-ci par le biais d'un support, également réalisé en un mat ou tissu 30 céramique imprégné d'une colle céramique, les unités filtrantes étant en outre chacune associées à une résistance électrique chauffante (8), accolée à ladite unité, ou intégrée en son sein ; ^ et en ce que ladite ligne comprend des clapets ou valves (16) destinés à isoler une partie du dispositif de filtration en arrêtant les flux de gaz d'échappement parvenant au niveau de la partie considérée.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016169617A (ja) * 2015-03-11 2016-09-23 日本特殊陶業株式会社 微粒子捕集システムおよび微粒子捕集装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1375853A1 (fr) * 2001-03-29 2004-01-02 Ngk Insulators, Ltd. Structure en nid d'abeilles et son montage

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5582805A (en) * 1992-12-21 1996-12-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electrically heated catalytic apparatus
US5512251A (en) * 1994-07-29 1996-04-30 W. R. Grace & Co.-Conn. Combined electrically heatable converter body
US5603216A (en) * 1994-08-02 1997-02-18 Corning Incorporated By-pass adsorber system
JP3949265B2 (ja) * 1998-03-30 2007-07-25 日本碍子株式会社 セラミック製ハニカム構造体の組み込み方法及び同方法に使用する保持部材
JP4511070B2 (ja) * 2001-03-29 2010-07-28 日本碍子株式会社 ハニカム構造体及びそのアッセンブリ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1375853A1 (fr) * 2001-03-29 2004-01-02 Ngk Insulators, Ltd. Structure en nid d'abeilles et son montage

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