WO2003099420A2 - Dispositif de filtration de gaz d'echappement - Google Patents

Dispositif de filtration de gaz d'echappement Download PDF

Info

Publication number
WO2003099420A2
WO2003099420A2 PCT/FR2003/001609 FR0301609W WO03099420A2 WO 2003099420 A2 WO2003099420 A2 WO 2003099420A2 FR 0301609 W FR0301609 W FR 0301609W WO 03099420 A2 WO03099420 A2 WO 03099420A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
filter
filter unit
support
exhaust gas
units
Prior art date
Application number
PCT/FR2003/001609
Other languages
English (en)
Other versions
WO2003099420A3 (fr
Inventor
Jean-Claude Fayard
Original Assignee
Jean-Claude Fayard
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jean-Claude Fayard filed Critical Jean-Claude Fayard
Priority to EP03755216A priority Critical patent/EP1511550A2/fr
Priority to AU2003255610A priority patent/AU2003255610A1/en
Publication of WO2003099420A2 publication Critical patent/WO2003099420A2/fr
Publication of WO2003099420A3 publication Critical patent/WO2003099420A3/fr

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/0002—Casings; Housings; Frame constructions
    • B01D46/0005—Mounting of filtering elements within casings, housings or frames
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2407—Filter candles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/56—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with multiple filtering elements, characterised by their mutual disposition
    • B01D46/58—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with multiple filtering elements, characterised by their mutual disposition connected in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/56—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with multiple filtering elements, characterised by their mutual disposition
    • B01D46/62—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with multiple filtering elements, characterised by their mutual disposition connected in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0097—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are arranged in a single housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/011—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more purifying devices arranged in parallel
    • F01N13/017—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more purifying devices arranged in parallel the purifying devices are arranged in a single housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/0211—Arrangements for mounting filtering elements in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/027—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2279/00—Filters adapted for separating dispersed particles from gases or vapours specially modified for specific uses
    • B01D2279/30—Filters adapted for separating dispersed particles from gases or vapours specially modified for specific uses for treatment of exhaust gases from IC Engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2310/00—Selection of sound absorbing or insulating material
    • F01N2310/14—Wire mesh fabric, woven glass cloth or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/06—Ceramic, e.g. monoliths
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2350/00—Arrangements for fitting catalyst support or particle filter element in the housing
    • F01N2350/02—Fitting ceramic monoliths in a metallic housing
    • F01N2350/04—Fitting ceramic monoliths in a metallic housing with means compensating thermal expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2450/00—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements
    • F01N2450/22—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements by welding or brazing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2450/00—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements
    • F01N2450/28—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements by using adhesive material, e.g. cement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs

Definitions

  • the present invention relates generally to the field of particle filters and more particularly to an exhaust gas filtration device for a diesel engine. More particularly, the present invention relates to the implementation and construction of the filtering medium which will be integrated into the device for filtering the exhaust gases of a diesel engine.
  • an oxidation catalysis means allowing the transformation of nitrogen monoxide NO, contained in the exhaust gases, into nitrogen dioxide NO 2 from 250 ° C.
  • This technique called “Continuous Regenerating Trap” (CRT)
  • CRT Continuous Regenerating Trap
  • This means consists of a catalytic support on which is fixed the catalyst, which is generally a precious metal such as platinum or rhodium.
  • the NO 2 produced by the action of the latter has the property of oxidizing the carbon particles from 250 ° C.
  • the proper functioning of the filter depends on the average temperature reached and the ratio of particles emitted relative to the NO 2 formed.
  • the objective of the present invention independently of the regeneration methods used, is to provide an original manufacturing and assembly technique for the filtering medium, which makes it possible to very significantly reduce the thermal and mechanical stresses during brutal combustion of the carbon particles deposited (without any inconvenience), so as to eliminate the cracks which result therefrom.
  • Another object of the invention is to provide an assembly method allowing brutal regenerations and therefore significant variations in temperatures without destructive effect on the filter, both with silicon carbide filter media, as cordierite or other ceramics usable for this function.
  • an exhaust gas filtration device comprising at least one set of filter units separated from each other, each being fixed by bonding to a support by means of a sticky joint, so as to thermally insulate it and make it mechanically independent from its neighbors.
  • These filter units are of reduced size and the support on which the filter units are fixed by gluing, using a sticky joint, is a rigid support, metallic, ceramic or other.
  • the filtering units are in the form of a parallelepiped with a honeycomb structure and cubic section whose dimension is between 20 and 120 millimeters on a side.
  • said filtering units of cubic section are mounted in rigid cavities, of metal or of other materials, in a substantially larger section so as to be able to incorporate an insulating seal in order to be able to thermally and mechanically separate the filter unit from its support.
  • the device also comprises a means of heating the filtering units, this heating means being constituted by at least one electrical resistance.
  • the filter units bathe in the exhaust gas receiving chamber, said exhaust gases heating all of said filter units.
  • FIG. 1 represents a general schematic view of the system comprising the filtration device according to a preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 2 represents a sectional view of the filtration device according to the invention along the axis ll-ll of a set of filter units of FIG. 1.
  • FIG. 3 represents a detailed view of the assembly of the filter units with a rigid metallic support.
  • FIG. 4 shows a variant of the invention in which the filter units are fixed at their two ends.
  • FIG. 5 a, 5 b and 5 c represent in section some variants of assemblies and show the form possibilities that the invention allows.
  • FIG. 6 represents a variant which integrates an electrical heating resistance on each filter unit.
  • FIG. 1 A method of assembling the filter medium according to the invention is shown diagrammatically in FIG. 1. This system is arranged on the exhaust manifold at the outlet of the engine.
  • the exhaust gases are introduced into the filtration enclosure 4, through the orifice 1, then are conventionally directed towards the catalyst 2, then introduced onto the filtering medium consisting of several filtering units 3 to come out filtered at 8.
  • These filter units of parallelepipedic shape 3, and preferably of square section, are assembled in a rigid support, preferably metallic 5, by means of seals 6 which must have a high thermal resistance and good compressibility, allowing the expansion of the filter units. during regenerations.
  • these joints will consist of a quartz fabric wound in several thicknesses and impregnated with a ceramic adhesive based on silicon carbide or zirconia during assembly. These joints thus formed may have a thickness of 1 to 5 mm and a height of 5 to 50 mm in relation to the length free from the filter unit.
  • the quartz fabric could be a strip 35 mm wide and having a density of between 100 and 1000 g / m2. and wrapped around the unit to present a thickness close to 2 mm.
  • the metal support 5 will consist of a sheet of
  • the metal support being assembled by welding or another means to the flange 7 to ensure its mounting inside the filtration system 4.
  • This metal support could also consist of an assembly of metal tube, square, 1 mm thick and welded to each other on one side.
  • these seals will consist of ceramic fibers in the form of a mat, fabrics or other forms so as to ensure thermal and mechanical insulation with the rigid support of the filter unit.
  • the filter units are advantageously made of silicon carbide and are in the form of bars, preferably parallelepipedic, but due to the reduction of thermal and mechanical stresses, these filter units can also be more conventionally made of cordierite, alumina, silica or d 'other materials, but keeping a preferably parallelepiped shape and small dimension whose square section could be between 10 and 150 mm side.
  • the separating joints of these filter units will be made of ceramic fibers in the form of mat, fabrics or other forms so as to ensure thermal and mechanical insulation with the rigid support of the filter unit.
  • Figure 2 which is a section along the axis ll-ll of Figure 1, perfectly shows the arrangement of each filter unit 3 with its mounting gasket 6 in the metal support 5, the whole being assembled on a flange 7 to l inside the filtration system.
  • FIG. 3 shows the detail of assembly of each filter unit in the metal support 5.
  • the metal support may have a slightly conical shape so as to create a natural pressure of the seal 6 at the level of the assembly and ensure better sealing of the assembly.
  • the metal support may have a restriction on its lower part as shown to prevent any displacement of the filter unit downwards.
  • FIG. 4 represents a method of assembling filter units whose length requires fixing the free end to eliminate insufficient rigidity of the assembly and which could lead to degradation by vibration of the assembly.
  • separator seals 9 will be mounted between each bar, and the assembly kept in contact by a metal assembly 10 disposed at the periphery.
  • these joints can consist of a ceramic sheet, preferably of the mica type. Such seals allow the filtering units to be joined over a short length, while ensuring good connection of the assembly.
  • the metal assembly 10 will be provided with perforations 11 over its entire surface to allow the exhaust gases to pass around each bar, in the same way the ceramic joints separating each bar will be perforated, as shown, or arranged only on a part so as to allow the exhaust gases to circulate freely around.
  • FIG. 5 are shown some possible forms that the assembly technique of the present invention allows.
  • Figure 5a the assembly side by side of filter units in a small thickness allows for extra flat filters which in the context of current vehicles has a major advantage by locating for example this filter directly at the engine output against the collector exhaust.
  • Figure 5b and 5c illustrate other types of more conventional assemblies that the invention allows, cylindrical, cubic or parallelepipedic.
  • Figure 6 is illustrated the ease of adding an electrical resistance
  • This electrical resistance 12 made up of a 0.2 to 1 mm small diameter resistant filament will be wound around each filtering unit, the electrical connection of these resistances being carried out very simply on the metal assembly support 13 on the lower part and on the support.
  • Figure 6 illustrates the use of electrical resistance on all filter units, as shown in Figure 6, may allow the temperature of these filter units to be raised each time clogging is detected, and to avoid using large electrical powers a system of electronic management will only connect a few units one after the other and in motor phases where the temperature is already high, for example reaching 550 ° C where the combustion of carbon particles is spontaneous and total.
  • Figure 7 illustrates the use of square metal tubes 1 mm thick, joined to each other by welding to form this support metallic. This method of assembly makes it possible to produce any type of shape and not necessarily geometric.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

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 diesel. Le but de l'invention est de fournir une technique de fabrication et d'assemblage originale du média filtrant (3), qui permette de 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 qui en découlent. Pour atteindre ce but d'invention propose un Dispositif de filtration de gaz d'échappement comprenant au moins un ensemble d'unités filtrantes séparées les unes des autres, chacune étant fixée par collage sur un support (5) par l'intermédiaire d'un joint collant,(6) de manière à l'isoler thermiquement et à la rendre mécaniquement indépendante de ses voisines.

Description

Dispositif de filtration de gaz d'échappement
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 diesel. De façon plus particulière, la présente invention concerne la mise en œuvre et la construction du média filtrant qui sera intégré au dispositif de filtration des gaz d'échappement d'un moteur diesel.
La réduction des émissions polluantes produites par les moteurs à explosion et en particulier les moteurs diesels, est l'objectif que se sont fixés les pouvoirs publics. A 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. 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 rhodium. Ces pots catalytiques comportent désormais un filtre à particules qui a pour fonction de retenir les particules de carbone, constituant les particules imbrûlées émises par le moteur. Toutefois, la difficulté consiste à trouver des solutions pour que ces particules de 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. Toutes 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 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. Aujourd'hui, la majorité des filtres sont constitués d'un média filtrant en cordiérite sous forme de nids d'abeille , céramique qui présente une faible conductivité thermique associé à des propriétés mécaniques moyennes et qui est donc très sensible aux variations brutales de température qui accompagnent les régénérations incontrôlées. En effet, lorsque le phénomène se produit, cette combustion n'est pas du tout homogène et on peut très bien observer une partie relativement froide du filtre et une partie sur laquelle la combustion se déclare, les différences de températures observées entre ces parties chaudes et le reste du filtre du fait de la faible conductibilité de la cordiérite, vont générer des variations de dilation telle qu'il y aura fissuration et destruction du média filtrant. Actuellement, l'utilisation de média filtrant en carbure de silicium, céramique qui présente une bien meilleure conductibilité associée à des propriétés mécaniques bien supérieures, permet de mieux résister à ce phénomène de combustion incontrôlée sans pouvoir toutefois éliminer tous les incidents.
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 tels 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 catalyseur est fixé directement sur le filtre à particules.
D'autres techniques de régénération font appel à l'utilisation d'additifs organométalliques rajoutés au gazole tel 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.
D'autres techniques ont consisté à expérimenter des dispositifs basés sur des moyens de chauffage complémentaires du type brûleurs, résistances électriques ou autres. Ces moyens de chauffage complémentaire sont mis en œuvre uniquement 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 œuvre avec le moteur en marche, c'est à dire en présence d'un débit de gaz d'échappement important. Un tel dispositif 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.
Dans un tel contexte technique, l'objectif de la présente invention indépendamment des procédés de régénération utilisés, est de fournir une technique de fabrication et d'assemblage originale du média filtrant, qui permette de 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 qui en découlent.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un mode d'assemblage autorisant des régénérations brutales et donc des variations importantes des températures sans effet destructif sur le filtre, aussi bien avec des médias filtrants en carbure de silicium, qu'en cordiérite ou autres céramiques utilisables pour cette fonction.
Ces objectifs, parmi d'autres, sont atteints par la présente invention qui 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, chacune étant fixée par collage sur un support par l'intermédiaire d'un joint collant, de manière à l'isoler thermiquement et à la rendre mécaniquement indépendante de ses voisines. Ces unités filtrantes sont de dimension réduite et le support sur lequel les unités filtrantes sont fixées par collage, à l'aide d'un joint collant, est un support rigide, métallique, céramique ou autre.
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 cubique dont la dimension est comprise entre 20 et 120 millimètres de côté.
Selon une caractéristique remarquable de l'invention, lesdites unités filtrantes de section cubique sont montées dans des cavités rigides, métalliques ou en d'autres matériaux, dans une section sensiblement plus grande de manière à pouvoir incorporer un joint isolant afin de pouvoir ainsi séparer thermiquement et mécaniquement l'unité filtrante de son support.
Selon encore une variante de l'invention, le dispositif comporte également un moyen de chauffage des unités filtrantes, ce moyen de chauffage étant constitué par au moins une résistance électrique.
Avantageusement, les unités filtrantes baignent dans la chambre de réception des gaz d'échappement, lesdits gaz d'échappement venant chauffer toutes lesdites unités filtrantes.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins qui représentent, de façon nullement limitative, un exemple de réalisation du dispositif de filtration selon l'invention et dans lesquels :
La figure 1 représente une vue générale schématique du système comprenant le dispositif de filtration selon un mode préféré de réalisation de l'invention.
La figure 2 représente une vue en coupe du dispositif de filtration selon l'invention selon l'axe ll-ll d'un ensemble d'unités filtrantes de la figure 1.
La figure 3 représente une vue de détail de l'assemblage des unités filtrantes avec un support rigide métallique.
La figure 4 représente une variante de l'invention dans laquelle les unités filtrantes sont fixées à leurs deux extrémités. La figure 5 a, 5 b et 5 c représentent en coupe quelques variantes d'assemblages et montrent les possibilités de forme que l'invention permet.
La figure 6 représente une variante qui intègre une résistance électrique de chauffage sur chaque unité filtrante.
Un mode d'assemblage du média filtrant selon l'invention est représenté de façon schématique à la figure 1. Ce système est disposé sur le collecteur d'échappement en sortie du moteur.
Ainsi, les gaz d'échappement sont introduit dans l'enceinte de filtration 4, par l'orifice 1 , puis sont classiquement dirigés vers le catalyseur 2, puis introduits sur le média filtrant constitué de plusieurs unités filtrantes 3 pour ressortir filtré en 8. Ces unités filtrantes de forme parallélépipédique 3, et préférentiellement de section carrée, sont assemblées dans un support rigide de préférence métallique 5, par l'intermédiaire de joints 6 qui devront présenter une résistance thermique importante et une bonne compressibilité, autorisant la dilatation des unités filtrantes lors des régénérations. Avantageusement, ces joints seront constitués d'un tissu de quartz enroulé en plusieurs épaisseurs et imprégné d'une colle céramique à base de carbure de silicium ou de zircone lors de l'assemblage. Ces joints ainsi constitués pourront présenter une épaisseur de 1 à 5 mm et une hauteur de 5 à 50 mm en rapport avec la longueur libre de l'unité filtrante. Par exemple pour des unités filtrantes présentant une section carrée de 35 mm et une longueur de 200 mm, le tissu de quartz pourra être une bande de 35 mm de largeur et présentant une densité comprise entre 100 et 1000 g/m2. et enroulé autour de l'unité pour présenter une épaisseur voisine de 2 mm. Avantageusement le support métallique 5 sera constitué par une tôle de
1 mm d'épaisseur assemblée et soudée pour présenter des cavités carrées de 39 mm de côté permettant de loger le joint d'environ 2 mm d'épaisseur et l'unité filtrante de section carrée de 35 mm comme représenté figure 2.
Le support métallique étant assemblé par soudage ou un autre moyen à la bride 7 pour en assurer son montage à l'intérieur du système de filtration 4.
Ce support métallique pourrait aussi être constitué d'un assemblage de tube métallique, carré, de 1 mm d'épaisseur et soudé les uns aux autres sur une face. De manière préférentielle, ces joints seront constitués de fibres céramiques sous forme de mat, tissus ou autres formes de manière à assurer une isolation thermique et mécanique avec le support rigide de l'unité filtrante.
Les unités filtrantes sont avantageusement en carbure de silicium et se présentent sous forme de barreaux, préférentiellement parallélepipédiques, mais du fait de la réduction des contraintes thermiques et mécaniques, ces unités filtrantes pourront aussi être de façon plus conventionnelle en cordiérite, alumine, silice ou d'autres matériaux, mais en gardant une forme préférentiellement parallelepipedique et de faible dimension dont la section carrée pourrait être comprise entre 10 et 150 mm de côté.
De manière préférentielle, les joints séparateurs de ces unités filtrantes seront constitués de fibres céramiques sous forme de mat, tissus ou autres formes de manière à assurer une isolation thermique et mécanique avec le support rigide de l'unité filtrante. La figure 2 qui est une coupe suivant l'axe ll-ll de la figure 1 , montre parfaitement la disposition de chaque unité filtrante 3 avec son joint de montage 6 dans le support métallique 5, le tout étant assemblé sur une bride 7 à l'intérieur du système de filtration.
La figure 3 montre le détail d'assemblage de chaque unité filtrante dans le support métallique 5. Comme on le voit, le support métallique pourra avoir une forme légèrement conique de manière à créer une pression naturelle du joint 6 au niveau de l'assemblage et assurer une meilleure étanchéité de l'ensemble. Le support métallique peut présenter sur sa partie inférieure une restriction telle que représentée pour empêcher tout déplacement de l'unité filtrante vers le bas. La figure 4 représente un mode d'assemblage d'unités filtrantes dont la longueur nécessite une fixation de l'extrémité libre pour éliminer une rigidité insuffisante de l'ensemble et qui pourrait conduire à une dégradation par vibration de l'assemblage. De façon simple des joints séparateurs 9 seront montés entre chaque barreau, et l'ensemble maintenu en contact par un assemblage métallique 10 disposé à la périphérie. Avantageusement, ces joints peuvent être constitués par une feuille de céramique, préférentiellement du type mica. De tels joints permettent de solidariser les unités filtrantes sur une faible longueur, tout en assurant une bonne liaison de l'ensemble.
L'assemblage métallique 10 sera pourvu de perforations 11 sur l'ensemble de sa surface pour laisser passer les gaz d'échappement autour de chaque barreau, de la même manière les joints de céramiques séparant chaque barreau seront ajourés, comme cela est représenté, ou disposés que sur une partie de manière à laisser les gaz d'échappement circuler librement autour.
Figure 5 : sont représentées quelques formes possibles que la technique d'assemblage de la présente invention permet.
Figure 5a : l'assemblage côte à côte d'unités filtrantes sous une faible épaisseur permet de réaliser des filtres extra plats ce qui dans le contexte des véhicules actuels présente un avantage majeur en localisant par exemple ce filtre directement en sortie du moteur contre le collecteur d'échappement.
Figure 5b et 5c ; illustrent d'autres types d'assemblages plus conventionnels que l'invention permet, cylindrique, cubique ou parallelepipedique. Dans la figure 6 est illustré la facilité d'adjonction d'une résistance électrique
12 que le mode d'assemblage rend possible. Cette résistance électrique 12 constituée d'un filament résistant de faible diamètre 0.2 à 1 mm sera enroulée autour de chaque unité filtrante la jonction électrique de ces résistances étant effectuée très simplement sur le support métallique d'assemblage 13 sur la partie inférieure et sur le support d'immobilisation 10 sur la partie supérieure en 14, celle-ci devant être isolée avec le corps du filtre 4 de manière à pouvoir contrôler l'alimentation électrique des unités filtrantes.
L'utilisation de résistance électrique sur toutes les unités filtrantes, comme représenté sur la figure 6, pourra permettre de monter la température de ces unités filtrantes chaque fois que des colmatages seront détectés, et pour éviter d'utiliser des puissances électriques importantes un système de gestion électronique ne connectera que quelques unités les unes après les autres et dans des phases moteur ou déjà la température est élevée pour par exemple atteindre les 550°C où la combustion des particules de carbone est spontanée et totale. La figure 7, illustre l'utilisation de tubes métalliques carrés de 1 mm d'épaisseur, assemblés les uns aux autres par soudage pour constituer ce support métallique. Ce mode d'assemblage permettant de réaliser tout type de forme et pas nécessairement géométrique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de filtration de gaz d'échappement comprenant au moins un ensemble d'unités filtrantes séparées les unes des autres, chacune étant fixée par collage sur un support par l'intermédiaire d'un joint collant, de manière à l'isoler thermiquement et à la rendre mécaniquement indépendante de ses voisines.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque unité filtrante est solidarisée à son support métallique et isolée de celui-ci par un joint constitué de tissus de quartz enroulé autour de l'unité filtrante.
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des unités filtrantes est solidarisée au support métallique et isolée de celui-ci par l'interposition de plaques en céramique fibreuse tel que le mica associé à une colle céramique de même nature pour assurer en plus une bonne étanchéité.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support métallique est réalisé à partir de tube de même section carrée solidarisée les uns aux autres par soudage.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support métallique est réalisé par assemblage par soudage de bandes de tôle découpées pour former la dimension des cavités en relation avec la section des unités filtrantes retenues.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en que chaque unité filtrante présente une section rectangulaire et de préférence carrée.
7. Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque unité filtrante comporte une résistance électrique 12, enroulée sur la partie libre de l'unité filtrante et alimentée au moment opportun pour en assurer le chauffage.
8. Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le support des unités filtrantes est réalisé à partir d'une céramique tel que l'alumine, le nitrure de silicium ou un autre réfractaire permettant de fabriquer cet assemblage.
PCT/FR2003/001609 2002-05-29 2003-05-28 Dispositif de filtration de gaz d'echappement WO2003099420A2 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP03755216A EP1511550A2 (fr) 2002-05-29 2003-05-28 Dispositif de filtration de gaz d'echappement
AU2003255610A AU2003255610A1 (en) 2002-05-29 2003-05-28 Exhaust gas filtering device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0206533A FR2840235A1 (fr) 2002-05-29 2002-05-29 Mode d'assemblage d'un mediant filtrant pour dispositif de filtration des gaz d'echappement pour moteur diesel
FR02/06533 2002-05-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2003099420A2 true WO2003099420A2 (fr) 2003-12-04
WO2003099420A3 WO2003099420A3 (fr) 2004-04-15

Family

ID=29558793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2003/001609 WO2003099420A2 (fr) 2002-05-29 2003-05-28 Dispositif de filtration de gaz d'echappement

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1511550A2 (fr)
AU (1) AU2003255610A1 (fr)
FR (1) FR2840235A1 (fr)
WO (1) WO2003099420A2 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2993323A1 (fr) * 2014-09-04 2016-03-09 3M Innovative Properties Company Mât de montage pour un élément de lutte contre la pollution ou un réacteur chimique

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0698410A1 (fr) * 1994-08-04 1996-02-28 Ngk Insulators, Ltd. Construction de support d'un élément de filtre dans un appareil pour la récupération de poussière
US5876471A (en) * 1996-04-23 1999-03-02 Siemens Westinghouse Power Corporation Filter holder and gasket assembly for candle or tube filters
US20010043891A1 (en) * 1992-01-07 2001-11-22 Adiletta Joseph G. Regenerable diesel exhaust filter
US6328777B1 (en) * 1998-12-23 2001-12-11 Thomas Josef Heimbach Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung & Co. Filter system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010043891A1 (en) * 1992-01-07 2001-11-22 Adiletta Joseph G. Regenerable diesel exhaust filter
EP0698410A1 (fr) * 1994-08-04 1996-02-28 Ngk Insulators, Ltd. Construction de support d'un élément de filtre dans un appareil pour la récupération de poussière
US5876471A (en) * 1996-04-23 1999-03-02 Siemens Westinghouse Power Corporation Filter holder and gasket assembly for candle or tube filters
US6328777B1 (en) * 1998-12-23 2001-12-11 Thomas Josef Heimbach Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung & Co. Filter system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2993323A1 (fr) * 2014-09-04 2016-03-09 3M Innovative Properties Company Mât de montage pour un élément de lutte contre la pollution ou un réacteur chimique
WO2016036802A1 (fr) * 2014-09-04 2016-03-10 3M Innovative Properties Company Mat de montage pour un élément régulant la pollution ou un réacteur chimique
CN106605047A (zh) * 2014-09-04 2017-04-26 3M创新有限公司 用于污染控制元件或化学反应器的安装垫
CN106605047B (zh) * 2014-09-04 2021-03-02 3M创新有限公司 用于污染控制元件的安装垫

Also Published As

Publication number Publication date
AU2003255610A8 (en) 2003-12-12
WO2003099420A3 (fr) 2004-04-15
EP1511550A2 (fr) 2005-03-09
FR2840235A1 (fr) 2003-12-05
AU2003255610A1 (en) 2003-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0077711B1 (fr) Pot catalytique pour l'épuration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne
EP1979589A2 (fr) Filtre catalytique presentant un temps d'amorcage reduit
WO2003053542A1 (fr) Corps filtrant comportant une pluralite de blocs filtrants, notamment destine a un filtre a particules
CA2658216A1 (fr) Bruleur et procede pour la regeneration de cartouches de filtration et dispositifs equipes d'un tel bruleur
EP1330595B1 (fr) Filtres a particules pour la purification des gaz d'echappement des moteurs a combustion interne
EP1373690A1 (fr) Corps filtrant pour la filtration de particules contenues dans les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne.
EP1472442B1 (fr) Procede de gestion de moyens de decolmatage d un filtre a particules.
CA2458983C (fr) Procede de regeneration d'un dispositif de filtration des gaz d'echappement pour moteur diesel et dispositif de mise en oeuvre
WO2003099420A2 (fr) Dispositif de filtration de gaz d'echappement
EP0718478B1 (fr) Dispositif de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à allumage par compression comportant un catalyseur et un adsorbeur d'oxydes d'azote placés dans le collecteur d'échappement
EP1448882B1 (fr) Dispositif de filtration des gaz d echappement pour moteur diesel comprenant un support de catalyseur integre dans le moyen de filtration
FR2878898A1 (fr) Filtre d'epuration de gaz d'echappement et procede de fabrication de celui-ci
WO2008078021A2 (fr) Media filtrant pour dispositif de filtration des gaz d'echappement d'un moteur diesel, dispositif 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
WO2006077312A1 (fr) Dispositif de depollution incorporant un filtre a particules
FR2902138A1 (fr) Dispositif de depollution de gaz d'echappement d'un moteur thermique
EP0951931A1 (fr) Filtre à particules pour gaz
FR2879236A1 (fr) Filtre a particules a section de canaux variable
FR2901308A1 (fr) Dispositif de traitement de gaz d'echappement d'un moteur thermique de vehicule automobile
FR2867508A1 (fr) Filtre a particules pour ligne d'echappement d'un moteur a combustion interne et ligne d'echappement comprenant un tel filtre a particules.
WO2005016494A1 (fr) Procede d'assemblage d'une membrane de separation de gas sur un support
EP1177827A1 (fr) Module de filtration et filtre pour la retention de particules solides contenues dans un gaz
FR2800418A1 (fr) Dispositif de regeneration et systeme de depollution le comprenant
FR2823252A1 (fr) Corps filtrant pour la filtration de particules contenues dans les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne
FR2693382A1 (fr) Filtre pour épuration des fumées de moteurs, notamment de moteurs diesel.
FR2686652A1 (fr) Procede et dispositif pour l'elimination en continu par postcombustion de particules solides imbrulees.

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NI NO NZ OM PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2003755216

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2003755216

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP