FR2933317A3 - Systeme de filtrage des particules contenues dans des gaz d'echappement d'un moteur a combustion pour vehicule automobile, et procede associe - Google Patents
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Abstract
Le système de filtrage des particules contenues dans des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, est pourvu d'au moins un module de filtrage des particules comportant une pluralité de collecteurs 20 à action centrifuge, et d'une conduite 18 commune pour l'alimentation des collecteurs en gaz d'échappement, les collecteurs étant disposés au moins en partie autour de ladite conduite commune d'alimentation.
Description
DEMANDE DE BREVET B07-4277FR-JT/RI Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Système de filtrage des particules contenues dans des gaz d'échappement d'un moteur à combustion pour véhicule automobile, et procédé associé. Invention de : Stéphane RABATEL Frédéric ZABE
Système de filtrage des particules contenues dans des gaz d'échappement d'un moteur à combustion pour véhicule automobile, et procédé associé.
La présente invention concerne le domaine général des systèmes de traitement de gaz d'échappement de moteurs à combustion interne des véhicules automobiles. L'hétérogénéité des processus de combustion dans les moteurs, en particulier dans les moteurs Diesel, a pour effet de générer des particules de carbone polluantes dont il convient de diminuer le rejet dans l'atmosphère. Parmi les systèmes connus pour réduire considérablement la quantité de particules, poussières et autres suies, émises dans l'atmosphère, et satisfaire aux normes anti-pollution, on peut citer le filtre à particules monté dans la ligne d'échappement du moteur. En effet, un tel filtre est conçu de manière à pouvoir retenir les particules contenues dans les gaz d'échappement qui le traversent par l'intermédiaire de parois poreuses. Cependant, au fur et à mesure de l'utilisation du moteur, les particules s'accumulent dans le filtre et finissent par entraîner une contre-pression importante à l'échappement du moteur, ce qui diminue considérablement ses performances. A cet égard, des dispositifs de régénération pilotés permettent de brûler périodiquement les particules piégées dans le filtre et d'éviter ainsi une élévation importante de la contre-pression à l'échappement et un colmatage du filtre. Cette régénération est effectuée en élevant la température au niveau du filtre à particules jusqu'à une température de l'ordre de 800°C, température à partir de laquelle les particules de carbone retenues dans le filtre s'enflamment instantanément.
Pour ce faire, on peut procéder à une injection de carburant en amont du filtre à particules, en considérant le sens de circulation des gaz d'échappement. Toutefois, une telle injection de carburant est réalisable uniquement dans certaines conditions de roulage du véhicule. Des lors, il peut parfois se produire une contre-pression importante à l'échappement du moteur, voire un départ de feu lié à la montée en température du filtre à particules. De manière à procéder au traitement des particules véhiculées dans les gaz d'échappement du moteur, une alternative consiste à monter des collecteurs mécaniques à action centrifuge dans la ligne d'échappement. Pour plus de détails, on pourra se référer au document EP-A2-1 418 006. Dans ce document, le système de filtrage comporte deux groupes de collecteurs à action centrifuge, les collecteurs d'un groupe étant montés en série par rapport aux collecteurs de l'autre groupe. Cette solution a notamment pour inconvénient d'être relativement encombrante, ce qui rend son implantation au niveau de la ligne d'échappement relativement difficile. En outre, l'efficacité du système de filtrage n'est pas optimal. La présente invention vise donc à remédier à ces inconvénients. Plus particulièrement, la présente invention a pour but de prévoir un système de filtrage des particules contenues dans des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile d'encombrement réduit et particulièrement efficace. La présente invention a également pour but de prévoir un système de filtrage présentant une bonne sûreté de fonctionnement. L'invention a pour objet un système de filtrage des particules contenues dans des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, le système étant muni d'au moins un module de filtrage des particules comportant une pluralité de collecteurs à action centrifuge, et d'une conduite commune pour l'alimentation des collecteurs en gaz d'échappement. Les collecteurs sont disposés au moins en partie autour de ladite conduite d'alimentation. En d'autres termes, les collecteurs à action centrifuge sont montés en parallèle et associés à une conduite d'alimentation commune autour de laquelle ils sont disposés au moins en partie. Les collecteurs entourent radialement au moins en partie la conduite d'alimentation commune. On dispose ainsi d'un système de filtrage particulièrement efficace et compact axialement, dans lequel une circulation des gaz d'échappement peut être obtenue de façon continue.
De préférence, les collecteurs sont disposés autour de la conduite commune d'alimentation selon un cercle centré sur un axe longitudinal de ladite conduite. On peut ainsi obtenir une bonne efficacité de traitement des gaz avec une pluralité de collecteurs dans un encombrement radial réduit.
Avantageusement, les collecteurs s'étendent de façon sensiblement parallèle à un axe longitudinal de la conduite commune d'alimentation. De préférence, le système comporte des conduites d'amenée tangentielle des gaz d'échappement reliant la conduite d'alimentation commune et les collecteurs. On favorise ainsi l'introduction des gaz d'échappement à l'intérieur des collecteurs selon une direction circulaire, ce qui améliore l'efficacité de fonctionnement du système.
Dans un mode de réalisation, les collecteurs comportent une partie conique de séparation des particules des gaz d'échappement et une partie de récupération des particules. La partie conique peut présenter une dimension axiale supérieure à la moitié de la dimension axiale des collecteurs, et avantageusement comprise entre 60 % et 80 % de la dimension axiale du collecteur. De préférence, les collecteurs comportent une conduite d'évacuation des gaz située au niveau de la partie de récupération des particules.
Dans un mode de réalisation, la section transversale de la partie conique augmente progressivement en considérant le sens de déplacement des gaz à l'intérieur de la conduite commune d'alimentation. Alternativement, la section transversale de la partie conique peut décroître progressivement en considérant ledit sens de déplacement. Avantageusement, le système comprend un collecteur d'échappement commun relié aux collecteurs à action centrifuge. Ce collecteur commun peut former un moyen de support des collecteurs à action centrifuge.
De préférence, les collecteurs comportent un moyen d'élimination des particules filtrées. Le système peut comprendre, pour chaque module de filtrage, au moins trois collecteurs à action centrifuge. Le système peut également comprendre au moins deux modules de filtrage des particules montés en série. Ainsi, on accroît l'efficacité globale du système au détriment toutefois de la compacité axiale. L'invention concerne également un procédé de filtrage des particules contenues dans des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, dans lequel on utilise des collecteurs à action centrifuge associés à une conduite commune d'alimentation en gaz d'échappement et disposés au moins en partie autour de ladite conduite d'alimentation. L'invention sera mieux comprise à l'étude de modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique illustrant l'implantation du système de filtrage selon un premier mode de réalisation de l'invention, - les figures 2 et 3 sont respectivement des vues en perspective et de dessus du système de filtrage de la figure 1, - les figures 4 et 5 sont respectivement des vues en coupe selon les axes IV-IV et V-V de la figure 3, - la figure 6 est une vue de face d'un système de filtration selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 7 est une vue en perspective d'un système de filtrage selon un troisième mode de réalisation de l'invention, - la figure 8 est une vue de face du système de la figure 7, et - la figure 9 est une vue de face d'un système de filtrage selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté de manière schématique un moteur 10 à combustion interne en entrée et en sortie duquel se trouvent respectivement une ligne d'admission 12 et une ligne d'échappement 14. 25 Un système 16 de filtrage des particules véhiculées dans les gaz d'échappement est monté sur la ligne d'échappement 14. Comme illustré aux figures 2 à 5, le système 16 comporte une conduite d'alimentation 18 commune à des collecteurs 20 mécaniques du type à action centrifuge de manière à obtenir la séparation des particules véhiculées par les gaz d'échappement, et un collecteur d'échappement 22 commun des gaz ainsi filtrés qui est relié à une conduite 24 d'évacuation. La conduite 18 commune d'alimentation est raccordée en entrée à la ligne d'échappement 16 et en sortie à une pluralité de conduites d'amenée 26 reliées chacune à un des collecteurs 20. La conduite 18 commune s'étend selon un axe longitudinal 18a supposé ici vertical. Les conduites d'amenée 26 se raccordent perpendiculairement à la conduite 18 commune, au voisinage de son extrémité inférieure, en étant espacées de manière régulière les unes par rapport aux autres dans le sens circonférentiel. Les conduites d'amenée 26 débouchent de manière tangentielle à l'intérieur des collecteurs 20 à action centrifuge associés. Les collecteurs 20 à action centrifuge, ici au nombre de six, s'étendent selon un axe longitudinal 20a sensiblement parallèle à l'axe 18a de la conduite 18. Les collecteurs 20 sont disposés autour de la conduite 18 commune d'alimentation selon un cercle centré sur l'axe 18a. Les collecteurs 20 sont identiques entre eux et espacés de manière régulière dans le sens circonférentiel. La majeure partie des collecteurs 20 entoure donc radialement ladite conduite 18.
Chaque collecteur 20 comporte une partie cylindrique 28 reliée à une des conduites d'amenée 26 et prolongée à une extrémité supérieure par une partie conique 30 de séparation des particules. La section transversale de la partie conique 30 diminue progressivement en s'éloignant de la partie cylindrique 28. Les parties cylindriques 28 et coniques 30 sont respectivement délimitées axialement par des parois de fond 32, 34 radiales. Afin d'obtenir une bonne séparation des particules véhiculées par les gaz d'échappement, la partie conique 30 présente une dimension axiale pouvant être comprise entre 60 % et 80 % de la dimension axiale du collecteur 20. En effet, la partie conique 30 permet une prise de vitesse des gaz d'échappement à l'intérieur du collecteur 20 favorisant la séparation des particules. Comme indiqué précédemment, la conduite d'amenée 26 débouche sensiblement tangentiellement à l'intérieur de la partie cylindrique 28 de façon à mettre en rotation, autour de l'axe 20a, les gaz d'échappement introduits et favoriser cette séparation. Pour permettre une évacuation des gaz d'échappement introduits, chaque collecteur 20 comporte une portion annulaire formant conduite d'évacuation 36 s'étendant à partir de la paroi de fond 32 axialement en direction de la partie conique 30. La conduite d'évacuation 36, centrée sur l'axe 20a, présente une dimension axiale sensiblement égale à celle de la partie cylindrique 28. Afin de pouvoir rapporter les collecteurs 20 sur le collecteur d'échappement 22 commun, le système 16 comporte, pour chacun desdits collecteurs, un tube 38 emmanché à une extrémité dans la conduite d'évacuation 36 du collecteur 20 associé, et fixé à l'autre extrémité sur le collecteur d'échappement 22. Ainsi, le tube 38 a une fonction d'évacuation des gaz d'échappement filtrés vers le collecteur d'échappement 22 mais également de support du collecteur 20, par l'intermédiaire du collecteur d'échappement 22. La somme des sections de passage des conduites 26, 36 et 38 est sensiblement égale à la section d'arrivée des gaz par la conduite 18 et à la section d'évacuation des gaz par la conduite 24.
Dans ce mode de réalisation, les collecteurs 20 sont décalés radialement vers l'extérieur en considérant la conduite 18 d'alimentation commune, supportés par le collecteur 22 d'échappement et arrangés selon un cercle centré sur l'axe 18a. Les collecteurs 20 et la conduite 18 commune d'alimentation sont disposés axialement d'un même côté du collecteur 22 d'échappement. En fonctionnement, les gaz d'échappement véhiculés par la conduite 18 commune d'alimentation sont introduits au niveau des collecteurs 20 par l'intermédiaire des conduites d'amenée 26. A l'entrée de chaque collecteur 20, les gaz d'échappement sont mis en rotation autour de l'axe 20a entre la surface interne de la partie cylindrique 28 et la surface externe de la conduite d'évacuation 36 du fait de la disposition tangentielle des conduites d'amenée 26. L'accélération centrifuge des gaz d'échappement ainsi créée tend à plaquer les particules qui présentent une densité plus importante que les gaz contre la surface interne de la partie cylindrique 28 et à les séparer ainsi desdits gaz. Les gaz d'échappement ont tendance, avec la partie conique 30, à se déplacer en direction de la paroi de fond 34 sous la forme d'un tourbillon ascensionnel. Les particules plaquées contre la paroi interne de la partie conique 30 tombent par gravité au niveau de la paroi de fond 32 de la partie 28 de récupération des particules. La partie conique 30 en partie haute a pour effet de repousser progressivement les gaz d'échappement épurés vers la conduite d'évacuation 36, la partie périphérique du collecteur étant occupée par les gaz d'échappement se dirigeant vers la paroi de fond 34. A la sortie de la conduite d'évacuation 36, les gaz d'échappement issus de chacun des collecteurs 20 sont regroupés au sein du collecteur d'échappement 22 commun relié à la conduite 24 d'évacuation des gaz vers l'extérieur. La conduite 24 est centrée sur l'axe 18a. Pour permettre une élimination des particules filtrées au sein des collecteurs 20, il est possible de prévoir dans la partie de récupération 28 des particules, et plus particulièrement au niveau de la paroi de fond 32 de chacun desdits collecteurs un moyen d'élimination des particules. Par exemple, un moyen de type cordon chauffant relié à une commande électrique peut être prévu pour l'élimination périodique des particules filtrées. La commande électrique peut se déclencher périodiquement en fonction par exemple des kilomètres parcourus, du temps de fonctionnement, ou encore par l'intermédiaire d'une sonde mesurant les quantités de particules stockées au niveau de la paroi de fond 32. Dans ce mode de réalisation, le système 16 comporte un unique module 40 de filtrage comportant la conduite 18 commune d'alimentation, les collecteurs 20 à action centrifuge, le collecteur 22 d'échappement et la conduite 24. Bien entendu, on conçoit aisément qu'il est possible de prévoir une pluralité de modules de filtrage en série de manière à accroître l'efficacité globale de fonctionnement du système 16. Ces modules pourraient être de dimensions différentes ou identiques et comporter un nombre de collecteurs 20 identique ou différent. A titre indicatif, dans la variante de réalisation illustrée à la figure 6 sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, le système 16 comporte un second module 42 de filtrage identique au module 40 précédemment décrit. La conduite d'évacuation 24 du premier module 40 est reliée à la conduite d'alimentation 18 commune du second module 42. Le mode de réalisation illustré aux figures 7 et 8, sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, diffère du premier mode de réalisation en ce que les collecteurs 20 à action centrifuge sont disposés en partie dans le prolongement axial de la conduite 18 commune. Les parties cylindriques 28 sont ici disposées radialement autour de l'extrémité inférieure de la conduite 18 d'alimentation sur lesquelles se raccordent les conduites d'amenée 26, les parties coniques 30 s'étendant axialement du côté opposé à ladite conduite 18. Ainsi, dans ce mode de réalisation, la section transversale des parties coniques 30 décroît progressivement en considérant le sens de déplacement des gaz d'échappement à l'intérieur de la conduite 18 d'alimentation.
Dans ce mode de réalisation, les collecteurs 20 sont également disposés en partie autour de la conduite 18 commune d'alimentation selon un cercle centré sur l'axe longitudinal 18a. Le collecteur 22 présente dans ce mode de réalisation une forme de tore. Le système de filtrage 16 comporte un module de filtrage 50 présentant un arrangement différent de celui du module 40. La variante de réalisation illustrée à la figure 9 diffère du mode de réalisation précédemment décrit en ce que le système 16 comporte un second module 52 de filtrage identique au premier module 50. La conduite d'évacuation 24 du premier module 50 est reliée à la conduite d'alimentation 18 du second module 16, par l'intermédiaire d'une conduite 54 de raccordement. Grâce à l'invention, on dispose d'un système de filtrage particulièrement efficace, économique et sûr, assurant une bonne filtration des particules issues du moteur à combustion interne.
Claims (1)
- REVENDICATIONS1-Système de filtrage des particules contenues dans des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, le système comprenant au moins un module de filtrage des particules comportant une pluralité de collecteurs (20) à action centrifuge et une conduite (18) commune pour l'alimentation des collecteurs en gaz d'échappement, les collecteurs (20) étant disposés au moins en partie autour de ladite conduite commune d'alimentation, le système comprenant en outre des conduites d'amenée (26) tangentielle des gaz d'échappement reliant la conduite commune d'alimentation et les collecteurs (20), chaque conduite d'amenée (26) débouchant à l'intérieur d'une partie cylindrique (28) du collecteur (20) associé qui est prolongée par une partie conique (30) de séparation des particules de gaz d'échappement, caractérisé en ce que chaque collecteur comprend des première et seconde parois de fond (32. 34) délimitant respectivement la partie cylindrique (28) et la partie conique (30), et une conduite d'évacuation (36) des gaz d'échappement s'étendant à partir de la paroi de fond (32) en direction de la partie conique (30), la paroi de fond (32) permettant la récupération des particules contenues dans les gaz d'échappement.2-Système selon la revendication 1, dans lequel les collecteurs (20) sont disposés autour de la conduite (18) commune d'alimentation selon un cercle centré sur un axe longitudinal (18a) de ladite conduite.3-Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les collecteurs (20) s'étendent de façon sensiblement parallèle à un axe longitudinal (X-X') de la conduite (18) commune d'alimentation.4-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la section transversale de la partie conique (30) augmente progressivement en considérant le sens de déplacement des gaz d'échappement à l'intérieur de la conduite commune d'alimentation.5-Système selon la revendication 4, dans lequel la section transversale de la partie conique (30) décroît progressivement en considérant le sens de déplacement des gaz d'échappement à l'intérieur de la conduite commune d'alimentation.6-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un collecteur d'échappement (22) commun relié aux collecteurs (20).7-Système selon la revendication 5, dans lequel le collecteur d'échappement (22) commun forme un moyen de support des collecteurs (20).8-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les collecteurs (20) comportent un moyen d'élimination des particules filtrées.9-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins deux modules de filtrage des particules montés en série
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20100331 |