WO2006077312A1 - Dispositif de depollution incorporant un filtre a particules - Google Patents

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Jean-Paul Brunel
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Definitions

  • Pollution control device incorporating a particulate filter
  • the present invention relates to an exhaust gas depollution device, of the type comprising:
  • the filter is mounted in a sleeve consisting of a cylindrical metal tube, itself retained within an outer support casing for channeling the exhaust stream along the exhaust line.
  • an annular space is reserved between the sheath and the casing.
  • This space is an air gap ensuring insulation.
  • the thickness of this air gap is, for example, of the order of 2 mm.
  • the sheath is bound to the envelope.
  • the sheath has, in its middle part, a peripheral collar locally increasing its diameter.
  • This flange protrudes radially outwardly through the annular space. It is formed for example by plastic deformation of the tube constituting the sheath.
  • the top of the glue is applied to the inner surface of the outer casing and a continuous weld is made between the outer casing and this flange to provide the connection between the sheath and the casing. It is noted that with such a depollution device, and despite the reserved space forming thermal insulation, a significant heat transfer is effected from the particle filter to the outside of the envelope.
  • the object of the invention is to propose an exhaust gas depollution device limiting the disadvantages associated with the release of heat from the particulate filter.
  • the subject of the invention is an exhaust gas depollution device of the aforementioned type, characterized in that the envelope comprises at least one centripetal deformation projecting towards the interior of the envelope through of the annular space, and the support sleeve is secured to the casing from the or each centripetal deformation.
  • the depollution device comprises one or more of the following characteristics:
  • the envelope comprises several local centripetal deformations forming disjoint bonding studs extending through the annular space;
  • the or each centripetal deformation extends in a median transverse plane of the envelope
  • the sheath and the envelope are welded to one another at the top of the or each centripetal deformation
  • an insulating material at least partially fills the annular space
  • the insulating material is in the form of one or more layers of insulating fibers; the sleeve is formed in austenitic steel and the envelope is formed in a ferritic steel.
  • the invention also relates to an exhaust line comprising a depollution device as defined above.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a depollution device according to the invention taken along line II of Figure 2; and - Figure 2 is a section taken along line H-II of the device of Figure 1.
  • FIG. 1 shows a device 10 for cleaning up the exhaust gases of a combustion engine of a motor vehicle, and in particular of the exhaust gases of a diesel engine.
  • This depollution device is integrated along the length of an exhaust line having at one end an exhaust manifold connected to the engine and extended by an exhaust pipe conveying the gases to the pollution control device.
  • the exhaust line extends beyond the depot device by another manifold having an open end for the release of the exhaust gas into the atmosphere.
  • a catalytic pollution control device is advantageously arranged on the exhaust line upstream and / or downstream of the pollution control device 10.
  • the device 10 essentially comprises a particulate filter 12, a sleeve 14 for supporting the particulate filter and an envelope 16 through which is disposed the filter 12 received in the sleeve 14.
  • the particle filter 12 is, as known per se, consisting of a porous filter of generally cylindrical outer shape.
  • a porous filter of generally cylindrical outer shape.
  • This filter comprises a set of adjacent pockets arranged radially around an axial hub. The pockets open alternately on an upstream face or on a downstream face of the filter. These pockets are separated from each other by porous walls for the circulation of the exhaust gas and the retention of polluting particles.
  • a mechanism for initiating the regeneration of the particulate filter such as, for example, a glow plug or a fuel injection nozzle, is advantageously provided upstream of the particulate filter to transform the soot deposited in ash by combustion during combustion. regeneration phases, as known per se.
  • the sheath 14 consists of a metal tube of circular section extending over most of the length of the particulate filter.
  • the sheath is formed of a sheet of a thickness of one millimeter, the diameter of the sheath being of the order of 160 mm for a length of the order of 204.8 mm (8 inches).
  • the support sheath is preferably formed of an austenitic steel which allows for significant expansion due to the high temperatures to which it is exposed, in particular during the regeneration phases of the particulate filter.
  • the sleeve 14 has an essentially flat outer surface, that is to say generated by a rectilinear generatrix delimiting the cylinder in a regular closed contour.
  • the sleeve 14 containing the particle filter is received in the envelope 16.
  • the casing has a generally cylindrical outer side surface 30 extended at each end by a convergent section 32 to an exhaust line connection end. One end forms an inlet for the exhaust gas while the other end forms an exhaust gas outlet.
  • the sheath is arranged axially inside the casing.
  • the outer lateral surface 30 has an inside diameter greater than a few millimeters and in particular 4 mm to the outside diameter of the sheath 14, so that an annular space 34 having a thickness of about 2 mm is provided between the sheath and the outer envelope.
  • the casing 16 is preferably formed of a more economical ferritic steel than austenitic steel.
  • the envelope 16 has, according to its lateral surface 30, at least one centripetal deformation 36 projecting towards the inside of the envelope 16 through the annular space 34. These deformations form studs 37 of FIG. connecting the sheath to the envelope, in particular by welding.
  • the deformations which are for example three in number are angularly evenly distributed around the axis of the envelope. These deformities have a height corresponding to the thickness of the annular space 34.
  • Lights 42 are formed in the sheet
  • the web 40 is formed for example of "superwool 607" of the company Thermal Ceramics.
  • the exhaust gases enter at one end into the casing 30.
  • the gases pass through the particle filter 12, the sheet 40 closes the annular space 34 and a peripheral seal around the casing 14 containing the particle filter.
  • the gases after having passed through the particulate filter 12, emerge through the other end of the envelope 16.
  • the sleeve 14 expands radially. In its median part, the expansion takes place between the weld spots 39, as illustrated in phantom in FIG. 2.
  • the envelope 16 is kept at a temperature much lower than the temperature of the sheath 14 because of the annular space reserved 34 and the insulating web 40 which is disposed thereon. The contact between the sheath 14 and the casing 16 being made at the top of the centripetal deformations 36, the connection and therefore the heat transfer take place at a distance from the main lateral surface 30 of the casing.
  • the cups 38 delimited by the deformations make it possible to isolate the point of contact between the sheath 14 and the casing 16 of the external environment of the exhaust device.
  • these cuvettes form ambient air circulation channels allowing cooling and avoiding propagation of heat to the side surface 30.
  • Such an arrangement allows in particular to provide different materials to form the casing 16 and the sleeve 14, only the sleeve to be made of a steel particularly well suited to large expansions, namely austenitic steel.

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Abstract

Le dispositif de dépollution (10) des gaz d'échappement d'un moteur thermique comporte : un filtre à particules (12) ; un fourreau (14) de support du filtre à particules (12) dans lequel est reçu au moins partiellement le filtre à particules (12) ; une enveloppe extérieure (16) délimitant un passage de circulation des gaz d'échappement au travers duquel le fourreau (14) contenant le filtre à particules (12) est retenu, un espace annulaire (34) étant réservé entre le fourreau (14) et l'enveloppe (16). L'enveloppe (16) comporte au moins une déformation centripète (36) faisant saillie vers l'intérieur de l'enveloppe (16) au travers de l'espace annulaire (34), et en ce que le fourreau de support (14) est solidarisé à l'enveloppe depuis la ou chaque déformation centripète (36).

Description

Dispositif de dépollution incorporant un filtre à particules
La présente invention concerne un dispositif de dépollution des gaz d'échappement, du type comportant :
- un filtre à particules ;
- un fourreau de support du filtre à particules dans lequel est reçu au moins partiellement le filtre à particules ;
- une enveloppe extérieure délimitant un passage de circulation des gaz d'échappement au travers duquel le fourreau contenant le filtre à particules est retenu, un espace annulaire étant réservé entre le fourreau et l'enveloppe. De nos jours, les véhicules automobiles sont équipés de dispositifs de dépollution des gaz d'échappement. De tels dispositifs comportent par exemple des filtres à particules. Ces filtres sont susceptibles de retenir les particules de suie et/ou d'autres polluants contenus dans les gaz d'échappement. Un tel filtre est décrit par exemple dans le document
US-2004/0128988.
Le filtre est monté dans un fourreau constitué d'un tube métallique cylindrique, lui-même retenu à l'intérieur d'une enveloppe de support extérieure permettant la canalisation du flux d'échappement suivant la ligne d'échappement.
Afin de permettre une dilatation thermique du fourreau, et une isolation thermique, un espace annulaire est réservé entre le fourreau et l'enveloppe. Cet espace constitue une lame d'air assurant l'isolation. L'épaisseur de cette lame d'air est, par exemple, de l'ordre de 2 mm. Pour son support, le fourreau est lié à l'enveloppe. A cet effet, le fourreau présente, dans sa partie médiane, une collerette périphérique augmentant localement son diamètre. Cette collerette fait saillie radialement vers l'extérieur au travers de l'espace annulaire. Elle est formée par exemple par déformation plastique du tube constituant le fourreau. Le sommet de la colle- rette s'applique sur la surface intérieure de l'enveloppe extérieure et une soudure continue est pratiquée entre l'enveloppe extérieure et cette collerette afin d'assurer la liaison entre le fourreau et l'enveloppe. On constate qu'avec un tel dispositif de dépollution, et malgré l'espace réservé formant isolant thermique, un transfert important de chaleur s'effectue du filtre à particules vers l'extérieur de l'enveloppe.
L'invention a pour but de proposer un dispositif de dépollution des gaz d'échappement limitant les inconvénients liés au dégagement de chaleur issue du filtre à particules.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de dépollution des gaz d'échappement du type précité, caractérisé en ce que l'enveloppe comporte au moins une déformation centripète faisant saillie vers l'intérieur de l'enve- loppe au travers de l'espace annulaire, et le fourreau de support est solidarisé à l'enveloppe depuis la ou chaque déformation centripète.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif de dépollution comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- l'enveloppe comporte plusieurs déformations centripètes locales formant des plots disjoints de liaison s'étendant au travers de l'espace annulaire ;
- la ou chaque déformation centripète s'étend dans un plan transversal médian de l'enveloppe ;
- le fourreau et l'enveloppe sont soudés l'un à l'autre au sommet de la ou chaque déformation centripète ;
- un matériau isolant emplit au moins partiellement l'espace annulaire ;
- le matériau isolant est sous forme d'une ou de plusieurs nappes de fibres isolantes ; - le fourreau est formé dans un acier austénitique et l'enveloppe est formée dans un acier ferritique.
L'invention a également pour objet une ligne d'échappement comportant un dispositif de dépollution tel que défini ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins, sur lesquels :
- la Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de dépollution selon l'invention prise suivant la ligne l-l de la Figure 2 ; et - la Figure 2 est une section prise suivant la ligne H-Il du dispositif de la Figure 1.
Sur la figure 1 est représenté un dispositif de dépollution 10 des gaz d'échappement d'un moteur thermique d'un véhicule automobile, et notam- ment des gaz d'échappement d'un moteur Diesel. Ce dispositif de dépollution est intégré suivant la longueur d'une ligne d'échappement comportant à une extrémité un collecteur d'échappement lié au moteur et prolongé par une tubulure d'échappement acheminant les gaz jusqu'au dispositif de dépollution. La ligne d'échappement se prolonge au-delà du dispositif de dépol- lution par une autre tubulure présentant une extrémité ouverte pour la libération des gaz d'échappement dans l'atmosphère.
Un dispositif de dépollution catalytique est avantageusement disposé sur la ligne d'échappement en amont et/ou en aval du dispositif de dépollution 10. Le dispositif 10 comporte essentiellement un filtre à particules 12, un fourreau 14 de support du filtre à particules et une enveloppe extérieure 16 au travers de laquelle est disposé le filtre 12 reçu dans le fourreau 14.
Plus précisément, le filtre à particules 12 est, comme connu en soi, constitué d'un filtre poreux de forme extérieure généralement cylindrique. Un tel filtre est décrit par exemple dans la demande US-2004/0128988. Ce filtre comporte un ensemble de poches adjacentes disposées radialement autour d'un moyeu axial. Les poches s'ouvrent alternativement sur une face amont ou sur une face aval du filtre. Ces poches sont séparées les unes des autres par des parois poreuses permettant la circulation des gaz d'échappement et la retenue des particules polluantes.
Un mécanisme d'initiation de la régénération du filtre à particules, tel que par exemple une bougie de préchauffage ou une tubulure d'injection d'un combustible est avantageusement prévue en amont du filtre à particules pour transformer les suies déposées en cendres par combustion lors des phases de régénération, comme connu en soi.
Le fourreau 14 est constitué d'un tube métallique de section circulaire s'étendant sur l'essentiel de la longueur du filtre à particules. Par exemple, le fourreau est formé d'une tôle d'une épaisseur d'un millimètre, le diamètre du fourreau étant de l'ordre de 160 mm pour une longueur de l'ordre de 204,8 mm (8 pouces).
Le fourreau de support est formé de préférence dans un acier austé- nitique permettant une dilatation importante du fait des fortes chaleurs aux- quelles il est exposé, en particulier lors des phases de régénération du filtre à particules.
Le fourreau 14 présente une surface extérieure essentiellement plane, c'est-à-dire engendrée par une génératrice rectiligne délimitant le cylindre en suivant un contour fermé régulier. Le fourreau 14 contenant le filtre à particules est reçu dans l'enveloppe 16.
L'enveloppe présente une surface latérale extérieure 30 généralement cylindrique prolongée à chaque extrémité par un tronçon convergent 32 vers une extrémité de liaison à la ligne d'échappement. L'une des extré- mités forme une entrée pour les gaz d'échappement alors que l'autre extrémité forme une sortie pour les gaz d'échappement.
Le fourreau est disposé axialement à l'intérieur de l'enveloppe.
La surface latérale extérieure 30 présente un diamètre intérieur supérieur de quelques millimètres et notamment de 4 mm au diamètre extérieur du fourreau 14, de sorte qu'un espace annulaire 34 d'une épaisseur de l'ordre de 2 mm est ménagé entre le fourreau et l'enveloppe extérieure.
L'enveloppe 16 est formée de préférence dans un acier ferritique plus économique que l'acier austénitique.
Selon l'invention, l'enveloppe 16 présente, suivant sa surface latérale 30, au moins une déformation centripète 36 faisant saillie vers l'intérieur de l'enveloppe 16 au travers de l'espace annulaire 34. Ces déformations forment des plots 37 de liaison du fourreau à l'enveloppe, notamment par soudure.
Plus précisément, dans le mode de réalisation illustré aux figures, plusieurs déformations centripètes locales 36 sont formées dans la partie médiane de la surface latérale 30. Ainsi, les plots de liaison 37 sont disjoints.
Les déformations qui sont par exemple au nombre de trois sont angu- lairement régulièrement réparties autour de l'axe de l'enveloppe. Ces défor- mations ont une hauteur correspondant à l'épaisseur de l'espace annulaire 34.
Elles définissent extérieurement, suivant la face extérieure de la surface latérale 30, une cuvette 38 s'ouvrant vers l'extérieur. Une soudure 39 est effectuée entre le sommet de chaque déformation 36 et la surface latérale du fourreau 14.
En outre, une nappe d'isolation thermique 40 constituée de fibres d'isolation, telles que des fibres de silice, est enroulée autour du fourreau 14 et interposée entre le fourreau 14 et l'enveloppe extérieure 16, emplissant ainsi l'espace annulaire 34. Des lumières 42 sont ménagées dans la nappe
40 à l'endroit des déformations 34.
La nappe 40 est formée par exemple de "superwool 607" de la société Thermal Ceramics.
En fonctionnement, les gaz d'échappement pénètrent par une extré- mité dans l'enveloppe 30. Les gaz traversent le filtre à particules 12, la nappe 40 assurant un bouchage de l'espace annulaire 34 et une étanchéité périphérique autour du fourreau 14 contenant le filtre à particules.
Les gaz, après avoir traversé le filtre à particules 12, ressortent par l'autre extrémité de l'enveloppe 16. Lors des phases de régénération de la face amont du filtre à particules, ou lorsque les gaz d'échappement sont à une température très importante, le fourreau 14 se dilate radialement. Dans sa partie médiane, la dilatation s'effectue entre les points de soudure 39, comme illustré en traits mixtes sur la figure 2. En outre, l'enveloppe 16 est maintenue à une température très inférieure à la température du fourreau 14 du fait de l'espace annulaire réservé 34 et de la nappe isolante 40 qui y est disposée. Le contact entre le fourreau 14 et l'enveloppe 16 étant réalisé au sommet des déformations centripètes 36, la liaison et donc le transfert de chaleur s'effectuent à distance de la sur- face latérale principale 30 de l'enveloppe.
En outre, les cuvettes 38 délimitées par les déformations permettent d'isoler le point de contact entre le fourreau 14 et l'enveloppe 16 de l'environnement extérieur du dispositif d'échappement. Enfin, ces cuvettes for- ment des canaux de circulation de l'air ambiant permettant un refroidissement et évitant une propagation de la chaleur jusqu'à la surface latérale 30.
Un tel agencement permet en particulier de prévoir des matériaux différents pour former l'enveloppe 16 et le fourreau 14, seul le fourreau devant être réalisé dans un acier particulièrement bien adapté aux dilatations importantes, à savoir un acier austénitique.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Dispositif de dépollution (10) des gaz d'échappement d'un moteur thermique, du type comportant :
- un filtre à particules (12) ; - un fourreau (14) de support du filtre à particules (12) dans lequel est reçu au moins partiellement le filtre à particules (12) ;
- une enveloppe extérieure (16) délimitant un passage de circulation des gaz d'échappement au travers duquel le fourreau (14) contenant le filtre à particules (12) est retenu, un espace annulaire (34) étant réservé entre le fourreau (14) et l'enveloppe (16), caractérisé en ce que l'enveloppe (16) comporte au moins une déformation centripète (36) faisant saillie vers l'intérieur de l'enveloppe (16) au travers de l'espace annulaire (34), et en ce que le fourreau de support (14) est solidarisé à l'enveloppe depuis la ou chaque déformation centripète (36).
2.- Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'enveloppe comporte plusieurs déformations centripètes locales (36) formant des plots disjoints de liaison (37) s'étendant au travers de l'espace annulaire (34).
3.- Dispositif de dépollution selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou chaque déformation centripète (36) s'étend dans un plan transversal médian de l'enveloppe (16).
4.- Dispositif de dépollution selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fourreau (14) et l'enveloppe (16) sont soudés l'un à l'autre au sommet (38) de la ou chaque déformation cen- tripète (36).
5.- Dispositif de dépollution selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un matériau isolant (40) emplit au moins partiellement l'espace annulaire (34).
6.- Dispositif de dépollution selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau isolant (40) est sous forme d'une ou de plusieurs nappes de fibres isolantes.
7.- Dispositif de dépollution selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fourreau (14) est formé dans un acier austénitique et l'enveloppe (16) est formée dans un acier ferritique.
8.- Ligne d'échappement comportant un dispositif de dépollution (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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