WO2007003832A1 - Ensemble d'agglomeration et de collection des particules contenues dans des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne de vehicule automobile pourvu d'un dispositif d'alimentation electrique haute tension - Google Patents

Ensemble d'agglomeration et de collection des particules contenues dans des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne de vehicule automobile pourvu d'un dispositif d'alimentation electrique haute tension Download PDF

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WO2007003832A1
WO2007003832A1 PCT/FR2006/050542 FR2006050542W WO2007003832A1 WO 2007003832 A1 WO2007003832 A1 WO 2007003832A1 FR 2006050542 W FR2006050542 W FR 2006050542W WO 2007003832 A1 WO2007003832 A1 WO 2007003832A1
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electrode
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converter
exhaust gases
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PCT/FR2006/050542
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Thierry Planas
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Renault S.A.S.
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    • 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
    • F01N3/0275—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 using electric discharge means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
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    • F01N3/01—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust by means of electric or electrostatic separators

Definitions

  • the invention relates to the treatment of pollutant components contained in a gaseous medium and, in particular, to the field of exhaust gas filtering assemblies of an internal combustion engine of a motor vehicle. More particularly, the invention relates to a set of agglomeration and collection of particles contained in the exhaust gas of a motor vehicle internal combustion engine which comprises an electrostatic agglomeration module and a collection module of agglomerated particles.
  • the electrostatic agglomeration modules generally use an electric field to cause an attraction of the particles contained in the exhaust gas to a treatment substrate.
  • French Patent Application No. 03 12635 which describes an assembly provided with such an electrostatic agglomeration module.
  • the agglomeration is carried out by means of an entanglement of gas permeable metal fibers which internally delimit a passage for the circulation of gases and which are capable of allowing the formation of clusters of agglomerated particles.
  • This entanglement constitutes an electrode which, together with a wire electrode disposed along the axis of the passageway, creates a first transverse electric field for deflecting the particles carried by the exhaust gases towards the external electrode at which the clusters are trained.
  • the clusters of Particles become detached from the entanglement of metal fibers as soon as they reach a size sufficient for the friction forces exerted by the exhaust gases to tear them off.
  • the electrostatic agglomeration module is associated with a particle cluster collection module disposed downstream of said agglomeration module, considering the flow direction of the exhaust gases.
  • the agglomeration module may comprise internal and external electrodes for diverting, by means of a second electrostatic field created, the clusters of particles obtained in the direction of the external electrode towards elements adapted to collect them.
  • a power supply device comprising a plurality of high voltage generators connected in parallel with each other, each of the generators being provided with a step-up transformer, in order to be able to output a high voltage, from a low voltage.
  • This device has the disadvantage of being relatively expensive, and offers nothing for a set of agglomeration and collection of particles contained in the exhaust gas.
  • the present invention therefore aims to solve these disadvantages by proposing an assembly of agglomeration and collection of particles contained in the exhaust gas of a motor vehicle internal combustion engine that can be properly powered using the electrical network. present on board the vehicle.
  • the agglomeration and collection assembly of the particles contained in the exhaust gases of an internal combustion engine of a motor vehicle is provided with at least one electrostatic agglomeration module comprising an internal electrode and a external electrode between which is created a first electric field, the outer electrode being made of a porous material capable of passing the exhaust gases as well as clumps of agglomerated particles during the passage of the exhaust gases through the porous material, and a particle cluster collection module disposed downstream of the agglomeration module, considering the flow direction of the exhaust gases.
  • the assembly further comprises a power supply or electrical generation device provided with a single step-up transformer capable of enabling a continuous high voltage supply of the agglomeration module and the collection module.
  • the transformer is connected at the input to a DC / AC converter powered by a low voltage electrical source, and connected at the output to at least one AC / DC converter connected to the agglomeration and collection modules.
  • the electrical generating device further comprises means for measuring the voltage and / or the current at the output of the DC / AC converter, and a control unit able to drive the DC / AC converter according to the values measured.
  • the transformer comprises at least one primary coil and at least two secondary coils, each secondary coil being connected to an AC / DC converter connected to one of said modules.
  • the generation device may comprise means for measuring the voltage and / or current at the output of each AC / DC converter, and a control unit able to control the DC / AC converter as a function of at least one of the measured values. .
  • At least one of the AC / DC converters consists of a diode.
  • the transformer comprises two primary coils connected in series. In another embodiment, the transformer comprises two primary coils connected in parallel.
  • the collection module comprises a first electrode and a second electrode extending in a second field. electric, one of said electrodes comprising a surface for receiving agglomerated particles.
  • FIG. 1 is a sectional view of a set of agglomeration and collection according to the invention
  • FIG. 1 shows alternative embodiments of a supply device of the assembly of agglomeration and collection of Figure 1.
  • the agglomeration and particle collection assembly essentially comprises a particulate filter 10 and a collection module 12 of collected particle clusters.
  • the particulate filter 10 is constituted by an electrostatic agglomeration module ensuring entrapment and agglomeration of the particles carried by the exhaust gas.
  • the collection module 12 is disposed downstream of the agglomeration module 10, considering the flow direction of the exhaust gas, and allows a capture of the agglomerated particles extracted from the agglomeration module 10.
  • the agglomeration module 10 comprises an intake duct 2, a collector 4, and an agglomeration unit 3 located between the intake duct 2 and the collector 4.
  • the agglomeration unit 3 comprises an external electrode 5 of generally cylindrical shape. This electrode 5 delimits internally an axial passage 6 for the exhaust gas which communicates at one of its ends with the pipe 2.
  • the outer electrode 5 comprises radial front surfaces 7 and 8.
  • the front surface 7 is in axial contact with a ring 9 for fixing the external electrode 5 to the inlet pipe 2.
  • the ring 9 is connected to the ground .
  • the external electrode 5 is open on the side of its front surface 7, so that the central passage 6 communicates with the inlet pipe 2.
  • the intake pipe 2 comprises an inlet orifice 13 on the opposite side to the outer electrode 5.
  • a disk 14 abuts axially by a radial surface 15 against the end surface 8 of the external electrode 5 opposite to the outer electrode 5. the intake pipe 2.
  • the agglomeration unit 3 also comprises a central electrode 16 in the form of a rod 17 coaxial with the external electrode 5 and one end 18 of which is plugged into an insulating portion of the disc 14.
  • the internal electrode 16 is extends axially from its end 18 beyond the fixing ring 9 being bent to form a radial portion 19 coming out of the inlet pipe 2 through an opening 20.
  • An insulator 21 is disposed in the opening 20 to electrically isolate the wall of the intake pipe 2 of the internal electrode 16.
  • the radial portion 19 is electrically connected to a power supply device 22.
  • the collector 4 comprises a cylindrical envelope 23 which surrounds the external electrode 5.
  • the cylindrical envelope 23 extends axially beyond the disc 14. It comprises an inside diameter greater than the outside diameter of the electrode 5, so that there is an empty annular space 24 between the cylindrical envelope 23 and the external electrode 5.
  • Said envelope finally communicates, on the opposite side to the intake pipe 2, with a pipe 28 opening into the collection module 12 of the agglomerated particles.
  • the particle - laden exhaust gases enter the inlet pipe 2 through the inlet port 13. They then flow into the central passage 6 of the outer electrode 5, which communicates with the pipe. in which they are ionized and the particles they contain electrically charged.
  • the disk 14 prevents the axial passage of the exhaust gas. The exhaust gases are then deflected radially and pass through the external electrode 5, which is permeable to gases.
  • the external electrode 5 is maintained at a zero potential, the internal electrode 16 being brought to a positive or negative potential.
  • the potential difference created between the external electrode 5 and the internal electrode 16 induces the presence of a first electric field in the axial passage
  • the internal electrode 16 In order to charge the particles in a suitable manner for their electrostatic agglomeration, it is thus necessary to cause a sufficient electronic avalanche.
  • the internal electrode 16 In order to charge the particles in a suitable manner for their electrostatic agglomeration, it is thus necessary to cause a sufficient electronic avalanche.
  • the internal electrode 16 In order to charge the particles in a suitable manner for their electrostatic agglomeration, it is thus necessary to cause a sufficient electronic avalanche.
  • the internal electrode 16 must therefore be carried, through the electrical generating device
  • the increase in the potential at which the internal electrode 16 is carried also has the effect of ionizing a gaseous medium in a larger volume.
  • the ionization of the entire volume between the internal and external electrodes 16 requires a large amount of energy.
  • an internal electrode 16 In the case of an internal electrode 16 brought to a positive potential, the particles present in the exhaust gases pass through an ionized medium. There is a greater probability, in this case, that a particle encountering an ionized molecule combines to form a positively charged particle.
  • An internal electrode 16 allows an ionization of the volume between said electrode and the internal electrode 5 with a low energy input, being brought to a lower potential, for example being between 1 kV and 50 kV.
  • the nearly homogeneous electric field in the interelectrode space deflects charged particles that migrate to the porous outer electrode.
  • the electric field is heterogeneous only in the vicinity of the two electrodes 16 and 5. When the particles are in the vicinity of the external electrode 16, of the order of 1 mm, the electric field lines converge towards the fibers of said electrode 16 The particles are then precipitated against the fibers by the large local increases in the electric field.
  • the majority of the particles reach the electrode from the first row of fibers and almost no depth capture takes place.
  • the charged particles deposited on the inner face of the electrode 16 agglomerate by electrostatic interactions and by Van der Waals forces.
  • the particle clusters grow to a sufficient size so that the friction forces exerted by the exhaust gases tear them off.
  • the clusters of particles enlarge until they are ejected from the porous electrode 16 in the form of agglomerates which are then collected by the collection module 12.
  • the size ratio between the particles of the gases The exhaust gas emitted by the engine and the clusters of particles thus collected is from 100 to 1000.
  • the majority of the agglomerated particles then have a size greater than 5 ⁇ m.
  • the collection module 12 essentially comprises an internal electrode 29, which may be of wired type, and an external electrode 30 of generally cylindrical shape so as to allow the passage of the exhaust gas.
  • the electrode 29 extends axially inside the electrode 30 being bent at each of its ends to form two radial portions 31 and 32 coming out of the supply line 28 through two openings 33 and 34.
  • Two insulators 35 and 36 are mounted inside the openings 33 and 34 to electrically isolate the electrode 29.
  • the electrode 29 is preferably supplied by the device 22 used for biasing the internal electrode 16 of the agglomeration module 10.
  • the electrode 30 is connected to ground (not shown).
  • the electrode 30 comprises a surface 37 for collecting or collecting agglomerated particles and discs 38 extending radially inwardly from said surface 37, being axially spaced relative to each other.
  • a device of the "heating cord" type 39 is disposed at the level of the surface 37 and connected to an electrical control system 40, itself connected to a current source 41 which makes it possible to generate a heating of the deposition of particle clusters and to provoke their combustion.
  • a second electric field is created between the inner electrode 29 and the outer electrode 30.
  • the power source 41 can supply the heating cord 39 periodically as a function, for example, of the kilometers traveled, of the operating time, or also by way of a probe measuring the quantity of particle cluster stored on the heating cord 39.
  • the exhaust gas thus treated is then discharged via line 42.
  • 22 generating device or power supply 43 comprises a transformer provided with primary and secondary coils 43a, 43b respectively provided with a number of turns N N 43a and 43 b can be different.
  • the primary coil 43a is connected to a DC / AC converter 44, for example an inverter, itself connected to a DC low voltage source 45.
  • the source 45 is constituted by the electrical network of the vehicle.
  • the secondary coil 43b is connected to a first AC / DC converter 46, for example a rectifier with or without voltage multiplier, connected to the agglomeration module 10 and to the collection module 12.
  • a first AC / DC converter 46 for example a rectifier with or without voltage multiplier
  • the transformer 43 thus enables the voltage delivered by the source 45 to be raised so as to obtain a desired DC high voltage for the modules 10 and 12.
  • the ratio between the number of turns N 43a and N 43b is thus determined. depending on this voltage.
  • the electrical generation device 22 is associated with a control unit 47 providing control of the high voltage delivered to the agglomeration and collection modules 10, 12.
  • the device 22 comprises a first means 48 for measuring the value of the output voltage of the AC / DC converter 46.
  • the control unit 47 is able to drive the DC / AC converter 44 according to the detected measurements. by said measuring means 48.
  • the measuring means 48 are advantageousously, the measuring means
  • a transformer 49 is provided with a primary coil 49a and first and second secondary coils 49b and 49c. Said primary and secondary coils 49a, 49b, 49c are respectively connected to the DC / AC converter 44, to the first AC / DC converter 46 connected to the collection module 12, and to a second AC / DC converter 50 itself connected to the agglomeration module 10.
  • the generation device 22 thus makes it possible to feed the modules 10, 12 either with high voltages of different values or with high voltages of equal values, depending on the number of turns of the coils 49b and 49c.
  • the device 22 also comprises a second voltage and / or current measurement means 51 at the output of the AC / DC converter 50 which is connected to the control unit 47 to carry out the functional control of the generation device 22.
  • the first measuring means 48 is here connected to the output of the AC / DC converter 46.
  • the AC / DC converter 46 is replaced by a diode 52a that can be connected to a voltage limiter 52b itself connected to the collection module 12.
  • the replacement of an AC / DC converter continuous diode allows obtaining a device 22 of particularly economical generation.
  • a transformer 53 comprises first and second primary and secondary coils 53a to 53d.
  • the first and second secondary coils 53c, 53d are respectively connected to the AC / DC converters 50,
  • the first and second primary coils are connected to the DC / AC converter 44 and are either connected in series ( Figure 5), or are connected in parallel ( Figure 6).
  • the assembly according to the invention thus makes it possible to obtain an agglomeration and a collection of the particles contained in the exhaust gases of the combustion engine of the motor vehicle in a particularly efficient and economical manner by using, for example, the electrical network present on board the vehicle. vehicle.

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Abstract

L'ensemble d'agglomération et de collection des particules contenues dans des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile est pourvu d'au moins un module d'agglomération (10) électrostatique comprenant une électrode interne (16) et une électrode externe (5) entre lesquelles est créé un champ électrique, l'électrode externe étant réalisée en un matériau poreux capable de laisser passer les gaz d'échappement ainsi que des amas de particules agglomérés lors du passage des gaz d'échappement à travers la matière poreuse, et d'un module de collection (12) des amas de particules disposé en aval du module d'agglomération, en considérant le sens de circulation des gaz d'échappement. L'ensemble d'agglomération comprend, en outre, un dispositif de génération (22) électrique muni d'un unique transformateur élévateur de tension apte à permettre une alimentation en haute tension continue du module d'agglomération et du module de collection.

Description

Ensemble d'agglomération et de collection des particules contenues dans des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile pourvu d'un dispositif d'alimentation électrique haute tension.
L' invention concerne le traitement de composants polluants contenus dans un milieu gazeux et, en particulier, le domaine des ensembles de filtrage des gaz d' échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Plus particulièrement, l' invention se rapporte à un ensemble d' agglomération et de collection de particules contenues dans des gaz d' échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile qui comprend un module d' agglomération électrostatique et un module de collection de particules agglomérées. Les modules d' agglomération électrostatique utilisent généralement un champ électrique pour provoquer une attraction des particules contenues dans les gaz d'échappement jusqu' à un substrat de traitement.
A cet égard, on pourra se référer à la demande de brevet français n° 03 12635 qui décrit un ensemble pourvu d'un tel module d' agglomération électrostatique. Dans cet ensemble, l' agglomération est réalisée au moyen d'un enchevêtrement de fibres métalliques perméables aux gaz qui délimitent intérieurement un passage pour la circulation des gaz et qui sont aptes à permettre la formation d' amas de particules agglomérés.
Cet enchevêtrement constitue une électrode qui, conjointement avec une électrode filaire disposée selon l' axe du passage, crée un premier champ électrique transversal permettant de dévier les particules véhiculées par les gaz d' échappement vers l' électrode externe au niveau de laquelle les amas sont formés. Les amas de particules se détachent de l' enchevêtrement de fibres métalliques dès qu' ils atteignent une taille suffisante pour que les forces de frottement exercées par les gaz d' échappement les arrachent.
Le module d' agglomération électrostatique est associé à un module de collection des amas de particules disposé en aval dudit module d' agglomération, en considérant le sens de circulation des gaz d' échappement. Le module d' agglomération peut comprendre des électrodes interne et externe permettant de dévier, par l' intermédiaire d'un second champ électrostatique créé, les amas de particules obtenus en direction de l' électrode externe vers des éléments adaptés pour les collecter.
Dans un tel ensemble, il est important d' alimenter les modules d' agglomération et de collection en haute tension. En effet, pour obtenir une agglomération électrostatique des particules contenues dans les gaz d' échappement ainsi qu'une récupération des particules agglomérées efficaces, il est nécessaire d' alimenter l' électrode interne de chacun des modules à un potentiel élevé pour obtenir une bonne ionisation du milieu traversé par les gaz d'échappement afin de dévier les particules chargées en direction de l'électrode externe. Une alimentation des modules d' agglomération et de collection en utilisant directement le réseau basse tension du véhicule automobile ne permet pas d' obtenir une agglomération des particules contenues dans les gaz d'échappement ainsi qu'une récupération des amas de particules optimales. On connaît également, par le document WO 96/31939, un dispositif d' alimentation électrique comprenant une pluralité de générateurs haute tension montés en parallèle entre eux, chacun des générateurs étant pourvu d'un transformateur élévateur de tension, de manière à pouvoir délivrer en sortie une haute tension, à partir d'une basse tension.
Ce dispositif présente l'inconvénient d' être relativement cher, et ne propose rien pour un ensemble d' agglomération et de collection de particules contenues dans des gaz d' échappement.
La présente invention a donc pour but de résoudre ces inconvénients en proposant un ensemble d' agglomération et de collection des particules contenues dans des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile qui puisse être convenablement alimenté en utilisant le réseau électrique présent à bord du véhicule.
A cet effet, l' ensemble d' agglomération et de collection des particules contenues dans des gaz d' échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile est pourvu d' au moins un module d' agglomération électrostatique comprenant une électrode interne et une électrode externe entre lesquelles est créé un premier champ électrique, l' électrode externe étant réalisée en matériau poreux capable de laisser passer les gaz d' échappement ainsi que des amas de particules agglomérés lors du passage des gaz d' échappement à travers la matière poreuse, et d'un module de collection des amas de particules disposé en aval du module d' agglomération, en considérant le sens de circulation des gaz d' échappement.
L'ensemble comprend, en outre, un dispositif d' alimentation ou de génération électrique muni d'un unique transformateur élévateur de tension apte à permettre une alimentation en haute tension continue du module d' agglomération et du module de collection.
Avec un tel ensemble, il devient ainsi possible de pouvoir alimenter en haute tension les deux modules d' agglomération et de collection, par exemple à partir du réseau électrique basse tension du véhicule automobile, et ce, de manière particulièrement économique en utilisant un seul transformateur élévateur de tension.
Avantageusement, le transformateur est connecté en entrée à un convertisseur continu/alternatif alimenté par une source électrique basse tension, et connecté en sortie à au moins un convertisseur alternatif/continu relié aux modules d' agglomération et de collection.
De préférence, le dispositif de génération électrique comprend, en outre, des moyens de mesure de la tension et/ou du courant en sortie du convertisseur continu/alternatif, et une unité de contrôle apte à piloter le convertisseur continu/alternatif en fonction des valeurs mesurées.
Avantageusement, le transformateur comprend au moins une bobine primaire et au moins deux bobines secondaires, chaque bobine secondaire étant reliée à un convertisseur alternatif/continu connecté à un desdits modules.
Le dispositif de génération peut comprendre des moyens de mesure de la tension et/ou de courant en sortie de chaque convertisseur alternatif/continu, et une unité de contrôle apte à piloter le convertisseur continu/alternatif en fonction d' au moins une des valeurs mesurées.
Dans une variante de réalisation, au moins un des convertisseurs alternatif/continu est constitué d'une diode.
Dans un mode de réalisation, le transformateur comprend deux bobines primaires montées en série. Dans un autre mode de réalisation, le transformateur comprend deux bobines primaires montées en parallèle.
De préférence, le module de collection comprend une première électrode et une seconde électrode s' étendant dans un second champ électrique, une desdites électrodes comprenant une surface de réception de particules agglomérées.
La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l' étude de la description détaillée 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 en coupe d'un ensemble d' agglomération et de collection conforme à l' invention,
- les figures 2 à 6 représentent des variantes de réalisation d'un dispositif d' alimentation de l' ensemble d' agglomération et de collection de la figure 1.
Comme illustré schématiquement sur la figure 1 , l'ensemble d' agglomération et de collection de particules comprend essentiellement un filtre à particules 10 et un module de collection 12 d' amas de particules collectés. Le filtre à particules 10 est constitué par un module d' agglomération électrostatique assurant un piégeage et une agglomération des particules véhiculées par les gaz d' échappement.
Le module de collection 12 est disposé en aval du module d' agglomération 10, en considérant le sens de circulation des gaz d' échappement, et permet une capture des particules agglomérées extraites du module d' agglomération 10.
Le module d' agglomération 10 comprend une conduite d' admission 2, un collecteur 4, et une unité d' agglomération 3 située entre la conduite d' admission 2 et le collecteur 4.
L'unité d' agglomération 3 comprend une électrode externe 5 de forme générale cylindrique. Cette électrode 5 délimite intérieurement un passage axial 6 pour les gaz d' échappement qui communique par l'une de ses extrémités avec la conduite 2. L'électrode externe 5 comprend des surfaces frontales radiales 7 et 8. La surface frontale 7 est en contact axial avec une couronne 9 de fixation de l' électrode externe 5 sur la conduite d' admission 2. La couronne 9 est reliée à la masse. L' électrode externe 5 est ouverte du côté de sa surface frontale 7, de sorte que le passage central 6 communique avec la conduite d' admission 2.
La conduite d' admission 2 comprend un orifice d' entrée 13 du côté opposé à l' électrode externe 5. Un disque 14 vient en appui axial par une surface radiale 15 contre la surface d' extrémité 8 de l' électrode externe 5 opposée à la conduite d' admission 2. Le disque
14 ferme axialement le passage central 6 du côté opposé à la conduite d' admission 2.
L'unité d' agglomération 3 comprend également une électrode centrale 16 sous la forme d'une tige 17 coaxiale à l' électrode externe 5 et dont une extrémité 18 est enfichée dans une portion isolante du disque 14. L' électrode interne 16 s' étend axialement depuis son extrémité 18 au-delà de la couronne 9 de fixation en étant coudée pour former une portion radiale 19 sortant de la conduite d' admission 2 par une ouverture 20. Un isolateur 21 est disposé dans l' ouverture 20 pour isoler électriquement la paroi de la conduite d' admission 2 de l' électrode interne 16. La portion radiale 19 est reliée électriquement à un dispositif d' alimentation ou de génération électrique 22.
Le collecteur 4 comprend une enveloppe cylindrique 23 qui entoure l' électrode externe 5. L' enveloppe cylindrique 23 s'étend axialement au-delà du disque 14. Elle comprend un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de l' électrode 5, de sorte qu' il existe un espace annulaire vide 24 entre l'enveloppe cylindrique 23 et l' électrode externe 5. Ladite enveloppe communique enfin, du côté opposé à la conduite d' admission 2, avec une canalisation 28 débouchant à l' intérieur du module de collection 12 des particules agglomérées.
En fonctionnement, les gaz d'échappement chargés de particules pénètrent dans la conduite d' admission 2 par l' orifice d' entrée 13. Ils s'écoulent ensuite dans le passage central 6 de l' électrode externe 5, qui communique avec la conduite d' admission 2, dans laquelle ils sont ionisés et les particules qu' ils contiennent chargées électriquement. Comme on le conçoit, le disque 14 empêche le passage axial des gaz d' échappement. Les gaz d' échappement sont alors déviés radialement et traversent l' électrode externe 5 qui est perméable aux gaz.
L' électrode externe 5 est maintenue à un potentiel nul, l' électrode interne 16 étant portée à un potentiel positif ou négatif. La différence de potentiel créée entre l' électrode externe 5 et interne 16 induit la présence d'un premier champ électrique dans le passage axial
6. Si ce champ électrique possède une intensité suffisante, en particulier au très proche voisinage de l' électrode interne 16, il se produit une ionisation partielle ou totale des gaz, ou milieu, compris entre les électrodes interne 16 et externe 5. Dans le cas d'une électrode interne 16 portée à un potentiel négatif, les particules présentes dans les gaz d' échappement se chargent principalement par collision et combinaison avec des électrons libres. Compte tenu de la faible concentration de particules dans les gaz d' échappement, la probabilité qu'un électron se déplaçant rapidement de l'électrode interne 16 vers l' électrode externe 5 heurte une particule et se combine avec cette dernière est faible.
Afin de charger les particules de façon convenable en vue de leur agglomération électrostatique, il est ainsi nécessaire de provoquer une avalanche électronique suffisante. L' électrode interne 16 doit donc être portée, par l'intermédiaire du dispositif de génération électrique
22, à un potentiel élevé, par exemple compris entre 50 et 150 kV.
L' augmentation du potentiel auquel est portée l' électrode interne 16 a également pour effet l' ionisation d'un milieu gazeux dans un volume plus étendu. Cependant, l' ionisation de tout le volume compris entre les électrodes interne 16 et externe 5 nécessite une énergie importante.
Dans le cas d'une électrode interne 16 portée à un potentiel positif, les particules présentes dans les gaz d' échappement traversent un milieu ionisé. Il existe une plus grande probabilité, dans ce cas, qu'une particule rencontrant une molécule ionisée se combine pour former une particule chargée positivement. Une électrode interne 16 permet une ionisation du volume compris entre ladite électrode et l' électrode interne 5 avec une énergie apportée faible, en étant portée à un potentiel moindre, par exemple étant compris entre 1 kV et 50 kV. Le champ électrique quasiment homogène dans l' espace interélectrodes dévie les particules chargées qui migrent vers l' électrode externe 5 poreuse. Le champ électrique est hétérogène uniquement à proximité des deux électrodes 16 et 5. Lorsque les particules se trouvent à proximité de l' électrode externe 16, de l' ordre de 1 mm, les lignes de champ électrique convergent vers les fibres de ladite électrode 16. Les particules sont alors précipitées contre les fibres par les fortes augmentations locales du champ électrique.
Etant donné que le champ électrique est nul à l' intérieur de l' électrode poreuse et que sa surface développée est faible, la majorité des particules atteint l'électrode dès la première rangée de fibres et quasiment aucune captation en profondeur ne s' effectue. Les particules chargées déposées sur la face interne de l' électrode 16 s' agglomèrent par interactions électrostatiques et par forces de Van der Waals. Les amas de particules grossissent jusqu' à atteindre une taille suffisante pour que les forces de frottement exercées par les gaz d' échappement les arrachent. Les amas de particules grossissent jusqu' à leur éjection hors de l' électrode poreuse 16 sous la forme d' agglomérats qui sont ensuite collectés par le module de collection 12. A titre d' exemple, le rapport de taille, entre les particules des gaz d' échappement émises par le moteur et les amas de particules ainsi collectés, est de 100 à 1000. La majorité des particules agglomérées a alors une taille supérieure à 5 μm.
Le module de collection 12 comprend essentiellement une électrode 29 interne, pouvant être de type filaire, et une électrode externe 30 de forme générale cylindrique de manière à permettre le passage des gaz d' échappement.
L'électrode 29 s' étend axialement à l' intérieur de l' électrode 30 en étant coudée à chacune de ses extrémités pour former deux portions radiales 31 et 32 sortant de la conduite d' amenée 28 par deux ouvertures 33 et 34. Deux isolateurs 35 et 36 sont montés à l' intérieur des ouvertures 33 et 34 pour isoler électriquement l' électrode 29. L' électrode 29 est alimentée, de préférence, par le dispositif 22 utilisé pour polariser l' électrode interne 16 du module d' agglomération 10. L' électrode 30 est reliée à la masse (non représentée).
L'électrode 30 comprend une surface 37 de récupération ou de collection des particules agglomérées et des disques 38 s'étendant radialement vers l' intérieur à partir de ladite surface 37, en étant espacés axialement les uns par rapport aux autres. Un dispositif du type « cordon chauffant » 39 est disposé au niveau de la surface 37 et relié à un système de commande électrique 40, lui même relié à une source de courant 41 qui permet de générer un échauffement du dépôt d' amas de particules et de provoquer leur combustion. En fonctionnement, un second champ électrique est créé entre l' électrode interne 29 et l' électrode externe 30. Comme on le conçoit, sous l' action de ce champ électrique, les particules sont déviées et attirées vers la surface 37 et arrêtées par les disques 38. Les particules agglomérées sont alors brûlées à l' aide du cordon chauffant 39. La source de courant 41 peut alimenter le cordon chauffant 39 périodiquement en fonction par exemple des kilomètres parcourus, du temps de fonctionnement, ou encore par l'intermédiaire d'une sonde mesurant la quantité d' amas de particules stockés sur le cordon chauffant 39. Les gaz d'échappement ainsi traités sont ensuite évacués par la conduite 42.
Bien entendu, il est possible de prévoir d' autres types de modules de collection de particules comprenant par exemple un collecteur mécanique de type « cyclone », ou encore un collecteur à hélice. Il est également envisageable de prévoir l' alimentation du cordon chauffant 39 par l'intermédiaire du dispositif 22.
On va maintenant décrire, en référence à la figure 2, les principaux éléments du dispositif 22 électrique alimentant en haute tension continue le module d' agglomération 10 et le module de collection 12.
Le dispositif 22 de génération ou d' alimentation comprend un transformateur 43 muni de bobines primaire et secondaire 43a, 43b pourvues respectivement d'un nombre de spires N43a et N43b pouvant être différent. La bobine primaire 43a est connectée à un convertisseur continu/alternatif 44, par exemple un onduleur, lui-même relié à une source 45 basse tension continue. Avantageusement, la source 45 est constituée par le réseau électrique du véhicule.
La bobine secondaire 43b est raccordée à un premier convertisseur alternatif/continu 46, par exemple un redresseur avec ou sans multiplieur de tension, relié au module d' agglomération 10 et au module de collection 12.
Le transformateur 43 permet ainsi une élévation de la tension délivrée par la source 45 de manière à obtenir une haute tension continue d' alimentation désirée pour les modules 10 et 12. Le rapport entre le nombre de spires N43a et N43b est ainsi déterminé en fonction de cette tension.
Le dispositif 22 de génération électrique est associé à une unité de contrôle 47 assurant le contrôle de la haute tension délivrée audits modules d' agglomération et de collection 10, 12.
A cet effet, le dispositif 22 comprend un premier moyen de mesure 48 de la valeur de la tension en sortie du convertisseur alternatif/continu 46. L'unité de contrôle 47 est apte à piloter le convertisseur continu/alternatif 44 en fonction des mesures détectées par ledit moyen de mesure 48. Avantageusement, le moyen de mesure
48 comprend au moins deux résistances électriques formant un diviseur de tension résistif.
Bien entendu, il est également envisageable de prévoir également une mesure de courant en sortie du convertisseur alternatif/continu 46 pour piloter le fonctionnement du convertisseur continu/alternatif 44.
Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 3, sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, un transformateur 49 est muni d'une bobine primaire 49a et de première et seconde bobines secondaires 49b et 49c. Lesdites bobines primaire et secondaires 49a, 49b, 49c sont respectivement connectées au convertisseur continu/alternatif 44, au premier convertisseur alternatif/continu 46 connecté au module de collection 12, et à un second convertisseur alternatif/continu 50 lui-même relié au module d' agglomération 10.
Le dispositif de génération 22 permet ainsi d' alimenter les modules 10, 12 soit avec des hautes tensions de valeurs différentes, soit avec des hautes tensions de valeurs égales, suivant le nombre de spires des bobines 49b et 49c.
Le dispositif 22 comprend également un second moyen de mesure 51 de tension et/ou de courant en sortie du convertisseur alternatif/continu 50 qui est connecté à l'unité de contrôle 47 pour procéder au contrôle de fonctionnement du dispositif 22 de génération.
Le premier moyen de mesure 48 est ici relié à la sortie du convertisseur alternatif/continu 46.
Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 4, le convertisseur alternatif/continu 46 est remplacé par une diode 52a pouvant être reliée à un limiteur de tension 52b lui-même connecté au module de collection 12. Le remplacement d'un convertisseur alternatif/continu par une diode permet l' obtention d'un dispositif 22 de génération particulièrement économique. Bien entendu, il peut également être envisageable de remplacer le convertisseur alternatif/continu 50 par une diode.
Les modes de réalisation illustrés aux figures 5 et 6 diffèrent du mode de réalisation de la figure 3 en ce qu'un transformateur 53 comprend des premières et secondes bobines primaires et secondaires 53a à 53d. Les première et seconde bobines secondaires 53c, 53d sont respectivement connectées aux convertisseurs alternatif/continu 50,
46. Les premières et seconde bobines primaires sont connectées au convertisseur continu/alternatif 44 et sont soient montées en série (figure 5), soient montées en parallèle (figure 6). L' ensemble selon l' invention permet ainsi d' obtenir une agglomération et une collection des particules contenues dans les gaz d' échappement du moteur à combustion du véhicule automobile de manière particulièrement efficace et économique en utilisant par exemple le réseau électrique présent à bord du véhicule.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ensemble d' agglomération et de collection des particules contenues dans des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile pourvu d' au moins un module d' agglomération ( 10) électrostatique comprenant une électrode interne
( 16) et une électrode externe (5) entre lesquelles est créé un premier champ électrique, l'électrode externe étant réalisée en matériau poreux capable de laisser passer les gaz d'échappement ainsi que des amas de particules agglomérés lors du passage des gaz d'échappement à travers la matière poreuse, et d'un module de collection ( 12) des amas de particules disposé en aval du module d' agglomération, en considérant le sens de circulation des gaz d'échappement, caractérisé en ce que l' ensemble comprend, en outre, un dispositif de génération (22) électrique muni d'un unique transformateur (49 ; 53) élévateur de tension apte à permettre une alimentation en haute tension continue du module d' agglomération ( 10) et du module de collection ( 12), et en ce que le transformateur comprend au moins une bobine primaire et au moins deux bobines secondaires, la bobine primaire étant connectée à un convertisseur continu/alternatif (44) alimenté par une source électrique basse tension et chaque bobine secondaire étant reliée à un convertisseur alternatif/continu (46, 50 ; 52b, 50) connecté à un des modules d' agglomération (10) et de collection ( 12).
2. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de génération comprend des moyens de mesure de la valeur de la tension et/ou de l' amplitude de l' intensité en sortie de chaque convertisseur alternatif/continu, et une unité de contrôle (47) apte à piloter le convertisseur continu/alternatif en fonction d' au moins une des valeurs mesurées.
3. Ensemble selon la revendication 2, dans lequel au moins un des convertisseurs alternatif/continu est constitué d'une diode.
4. Ensemble selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le transformateur comprend deux bobines primaires montées en série.
5. Ensemble selon la revendication 2 ou 3, caractérisé dans lequel le transformateur comprend deux bobines primaires montées en parallèle.
6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module de collection comprend une première électrode et une seconde électrode s' étendant dans un second champ électrique, une desdites électrodes comprenant une surface de réception de particules agglomérées.
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