WO2007141433A1 - Burner and method for the regeneration of filtration cartridges and devices equipped with such burner - Google Patents

Burner and method for the regeneration of filtration cartridges and devices equipped with such burner Download PDF

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WO2007141433A1
WO2007141433A1 PCT/FR2007/050982 FR2007050982W WO2007141433A1 WO 2007141433 A1 WO2007141433 A1 WO 2007141433A1 FR 2007050982 W FR2007050982 W FR 2007050982W WO 2007141433 A1 WO2007141433 A1 WO 2007141433A1
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Jean-Claude Fayard
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Jean-Claude Fayard
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    • F01N2240/14Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a fuel burner
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    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Definitions

  • the present invention generally relates to the field of reduction, or even elimination, of solid particles such as soot contained in the exhaust gas from internal combustion engines, and in particular from diesel engines.
  • the invention relates to a method for regenerating the filter cartridge (s) by burning soot trapped therein. Regeneration is the return of the filter cartridge to an operating state analogous to its initial state.
  • catalytic converters usually consisting of a stainless steel casing, a thermal insulator and a honeycomb support impregnated with precious metals such as platinum (Pt) or aluminum. Rhodium (Rh).
  • Pt platinum
  • Rh Rhodium
  • Such catalysts can reduce emissions of polycyclic hydrocarbons and carbon monoxide (CO), and this, in a proportion of the order of 90%.
  • the solid particles are generally trapped by a filter cartridge forming the particulate filter.
  • a particulate filter requires regeneration to burn the trapped particles in its filtering parts, mainly in the filter cartridge.
  • a filter cartridge may be made of a porous body of cordierite, quartz or silicon carbide.
  • it generally has a honeycomb structure to maximize its filtration area and to have a sufficient retention capacity to prevent clogging and, therefore, the reduction of engine performance.
  • the exhaust temperature may increase, resulting in the sudden and untimely combustion of a large mass of solid particles, so that the temperature rises to values well above 1000 0 C, may exceed the thermal resistance of the aforementioned materials constituting the filter cartridge.
  • the thermal shock resulting from such combustion can thus have deleterious consequences on the structure of the particulate filter.
  • a first method of the prior art is to have, upstream of the filter cartridge, a catalyst for oxidation of nitrogen monoxide (NO) contained in the exhaust gas in nitrogen dioxide (NO 2 ).
  • Nitrogen dioxide (NO 2 ) has the property of catalyzing the combustion of carbonaceous particles from a temperature of 25O 0 C.
  • This technique called “continuous regeneration trap” (English, “Continuons Regenerating Trap Or CRT), combines the effects of the particulate filter and the nitric oxide (NO) oxidation catalyst.
  • this technique requires regular regeneration to limit the filter pressure loss by eliminating the risk of uncontrolled regeneration, so too exothermic and destructive for the filter cartridge.
  • a solution of the prior art proposes the use of organo-metallic additives added to gas oil such as cerium (Ce), iron (Fe), strontium (Sr), calcium (Ca) or others.
  • This solution allows to obtain an effect similar to that obtained with nitrogen dioxide (NO 2) by catalyzing the combustion of carbonaceous materials at temperatures of 37o 0 C.
  • NO 2 nitrogen dioxide
  • a first disadvantage of such a solution lies in the very high cost of the additives to be used.
  • the additives present in the carbonaceous materials contribute to foul even more quickly the cartridge of filtration. Consequently, a solution of this type increases the risk of clogging of the particulate filter and therefore of uncontrolled reactions, when the temperatures reached during operation are not sufficiently high.
  • the prior art also proposes to have a burner at the filter inlet and turn it on when the engine of the vehicle is stopped.
  • this involves many disadvantages, among which may be mentioned the difficulty of controlling, or even simply to initiate, the combustion in the burner, the difficulty of thermally insulating the filter, the significant rise in the temperature of the burner during the combustion phase (beyond 1400 0 C) and the requirement to have a large filtration capacity to be able to provide a sufficiently long service, that is to say between two stops engine.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device for burning solid particles from the internal combustion of a heat engine solving the disadvantages of the processes of the prior art.
  • the object of the invention thus makes it possible to obtain the increase of the temperature necessary for the complete combustion of the solid particles, or soot, deposited on a filter cartridge, while being adaptable to numerous diesel engines and to very different engine operating conditions.
  • Another object of the invention is to provide a method and a device for burning solid particles, avoiding any risk of accumulation of particles in the filter cartridge and therefore any risk of inadvertent regeneration, whatever the operating conditions of the device. particularly for urban transport applications.
  • the invention also proposes a solution for quantitatively reducing, or even eliminating, solid particles, or soot, contained in the exhaust gases, by means of a regular, efficient and complete regeneration, that is, that is to say without interruption, by means of an oxidation reaction produced from 200 0 C and a complete combustion below 400 0 C, the use of an additive to avoid any risk of accumulation of particles in the filtration means despite a regeneration phase at low temperature.
  • Another object of the invention is to provide a burner for the quantitative reduction or elimination of soot contained in the exhaust gases of combustion engines, this burner opening at the inlet of the particulate filter and having dimensions reduced, which makes it compact and easily integrated on the exhaust system of a vehicle.
  • Another object of the invention is to allow the regeneration of the filtering means implemented not entailing an excessive increase in the temperature of the gases at the outlet of the filtration device or significant overconsumption of fuel.
  • the invention aims to achieve a quantitative reduction, or even elimination, of the particles contained in the exhaust gas of an internal combustion engine, allowing the use of low concentration catalyst of precious metals.
  • Another object of the invention is to provide a solution for the quantitative reduction, or even elimination, of the soot contained in the exhaust gas of an internal combustion engine, which is relatively economical, reliable and flexible, and which delays clogging as much as possible. filter, or eliminating it, whatever the load of the engine, without being affected by the possible presence of sulfur compounds, such as sulfur dioxide in the exhaust gas.
  • the object of the invention thus makes it possible to use gas oils with a high sulfur content.
  • a complementary object of the invention is to provide a method and a device for burning solid particles adaptable to the machines to regenerate the particulate filters to remove ashes deposited during their operation on a vehicle.
  • the invention provides a method and a device for burning solid particles adaptable to applications other than the combustion of soot in particulate filters. For example, given the small dimensions and the perfect control of a high energy combustion, it is possible to envisage the implementation of the object of the invention for drying foods, cereals and other sensitive products.
  • the object of the invention therefore relates to a burner for heating at least one filter cartridge for exhaust gas of an internal combustion engine at a temperature above the oxidation temperature and / or the combustion temperature solid particles trapped in the filter cartridge.
  • This burner comprises a burner body, which has a closed end and, on the opposite side to this closed end, an exhaust opening capable of being connected to an exhaust gas discharge pipe.
  • the burner further comprises:
  • a shutter member obstructing a substantial part of the burner body, so as to limit the turbulence likely to be generated by the exhaust gas on the fluid flows within the volume of the burner body defined by the shutter member.
  • the burner - object of the invention comprises means limiting turbulence to a level compatible with the ignition of the mixture, whatever the engine speed, and therefore whatever the pressure variations likely to to intervene at the level of the exhaust, said mixture being injected in a manner conducive to ignition.
  • This makes it possible to easily ignite the mixture in an area protected from turbulence, this ignition zone being delimited by the shutter element. Then, the combustion of the mixture can take place in the entire volume of the burner body thus producing high temperature gases capable of heating a filter cartridge to completely burn the solid particles.
  • the internal surface of the side walls of the burner body can be regular and generally has a symmetry of revolution.
  • the shutter element may comprise a disc having a diameter slightly smaller than the internal diameter of the burner body, and positioned perpendicular to the axis of revolution, on the closed end of the burner body.
  • a disc thus dimensioned and positioned makes it possible to "break" the turbulence of the exhaust gas flows circulating in the burner body.
  • the disk can be pierced with a plurality of holes whose number and / or diameters are proportional to the diameter of the disk. These holes are intended to allow the propagation of the combustion flame of the mixture throughout the volume of the burner body.
  • the shutter member may further comprise a right cylinder whose one end is covered by the disk in question, and the other end is covered by the closed end of the burner body, the right cylinder being pierced with a plurality of through holes, whose number and / or diameters are proportional to the diameter of the disc, said orifices being intended to allow the propagation of the combustion flame of the mixing in the entire volume of the burner body.
  • Such a structure of the shutter member can greatly reduce turbulence in the ignition zone of the mixture; the combustion flame of the mixture can then propagate through the orifices throughout the volume of the burner body.
  • the shutter member may consist of a valve disposed outside the volume of the burner body near the discharge opening, the valve surface corresponding substantially to the internal surface of the burner body, the valve being movably mounted under the action of a member such as a cylinder.
  • a valve thus positioned and dimensioned also limits the turbulence of the exhaust gas in the burner body.
  • the burner may further comprise two concentric pipes, one for the supply of fuel and the other for the adduction of oxidant, the pipes being disposed upstream of the conduit.
  • the adduction duct of the mixture may consist of a pipe extending along the side walls inside the body of the burner and parallel to the axis of revolution, the pipe having an angled end at right angles.
  • the burner may further comprise a second electric ignition means also positioned within the burner body, these electric ignition means being respectively constituted by a conventional heating candle and a conventional electric arc candle or by minus two heating candles.
  • the burner may comprise a second conduit for supplying a mixture of fuel and oxidant opening into the burner body in a direction substantially tangential to the burner body, so as to be able to print a symmetrical swirling motion within the burner body.
  • the burner may further comprise a control device for controlling the fuel and oxidant injection flow rates as a function of the signals delivered by a temperature sensor located in the burner body. and by a pressure sensor indicating the pressure drop due to clogging by said solid particles of said filter cartridge.
  • a control device for controlling the fuel and oxidant injection flow rates as a function of the signals delivered by a temperature sensor located in the burner body. and by a pressure sensor indicating the pressure drop due to clogging by said solid particles of said filter cartridge.
  • the oxidant may be air from a turbocharger unit equipping the engine.
  • This provides a proper air flow and a homogeneous mixture with a high air speed for mixing.
  • a ceramic textile in the form of a mat, fabric or felt, can be arranged on the closed end side of the burner body and in contact with at least one means. electrical ignition, said ceramic textile being able to capture and concentrate said mixture so as to promote its ignition.
  • the side wall defining in part the body of the burner may have one or more through holes, opening into said body above the shutter member. These through orifices are intended to allow the introduction into the body of the burner of a portion of the exhaust gas, when they still include a significant proportion of unburned oxygen in the engine itself.
  • At least one of the orifices in question is likely to extend within the burner itself by a pipe, the end of which is oriented in the direction of the shutter element, in order to induce the concentration of the combustion in the lower zone of the burner, thus favoring the flame, and also making it possible to reduce the flame tube, and therefore the dimensions of said burner.
  • the invention relates to an exhaust line of an internal combustion engine, comprising at least one inlet for gases from internal combustion, at least one filter cartridge for trapping the solid particles contained in these gases. exhaust and at least one exhaust port to the atmosphere of the gases located downstream of this filter cartridge. According to the invention, this line comprises at least one burner as explained above.
  • An exhaust line thus equipped makes it possible to regenerate its filter cartridge by oxidizing and / or by burning the solid particles that are retained therein, whatever the engine load.
  • the burner may be arranged upstream of the filter cartridge, inside or outside the exhaust line or near the filter cartridge.
  • the exhaust line may comprise:
  • Such a structure makes it possible on the one hand to minimize the distance, therefore the heat losses and the consumption of diesel fuel, between the burner and the filter cartridges and, on the other hand, to regenerate the particulate filter in turn, half by half.
  • the exhaust line comprises a folding flap, adapted to induce the introduction of a portion of the exhaust gas into the burner through through orifices which the latter can be provided, and thus allow the combustion of residual oxygen within said burner, may still be present within said exhaust gas.
  • the invention also relates to a method for heating at least one exhaust gas filtration cartridge of an internal combustion engine at a temperature greater than the oxidation temperature and / or the combustion temperature. solid particles trapped in this filter cartridge, by means of a burner comprising a burner body having a symmetry of revolution, this burner body having a closed end and having on the opposite side to this closed end a discharge opening susceptible to be connected to an exhaust pipe.
  • this method comprises the steps of:
  • the method that is the subject of the present invention makes it possible to ignite the mixture in the burner, whatever the exhaust gas flows, because means therein limit their turbulence to a level compatible with the ignition of the mixture. , injected in a manner conducive to ignition. This makes it possible to easily ignite the mixture in an area protected from turbulence, delimited by the shutter element.
  • the combustion of the mixture can take place in the entire volume of the burner body thus producing high temperature gases capable of heating a filter cartridge to completely burn the solid particles.
  • the fuel and the oxidant can be mixed in stoichiometric proportions.
  • the invention also relates to a machine for regenerating the particle filter filtration cartridges comprising a burner as described above and a location for receiving at least one filter cartridge to be regenerated.
  • FIG 1 IA is a schematic representation in section of an exhaust line equipped with a burner according to the invention
  • FIG IB is a schematic sectional representation of an exhaust line equipped with a burner according to the invention, according to an alternative to Figure IA as to the implantation of the burner
  • FIG 2A is a representation schematic in two sections of a burner according to a first embodiment of the invention
  • 2B is a diagrammatic representation in two sections of a burner illustrating a variant of the first embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a diagrammatic representation in two sections of a burner according to another embodiment; of the first embodiment of the invention; "Figure 4 is a schematic representation in two sections showing another alternative to the embodiment illustrated by Figure 3; 1 5A is a schematic representation in two sections showing another alternative to the embodiment illustrated in Figure 3, in which the burner comprises two heating plugs and a ceramic fabric; FIG. 5B is a schematic two-section representation illustrating another variant of the embodiment of the invention illustrated in FIG. 3, in which the burner is equipped with an electric arc spark plug of the same type as that used on spark ignition engines;
  • FIG 6 is a diagrammatic representation in two sections illustrating another variant of the first embodiment of the invention illustrated by FIGS 2A and 2B.
  • the burner body is covered, at least partially, with a thermally insulating material
  • 1 Figure 7 is a sectional schematic representation of a burner according to a second embodiment of the invention.
  • 1 8 is a schematic representation in section of a burner according to the invention mounted on an exhaust line of an engine, the burner being supercharged by the turbocharger;
  • FIG. 9 is a diagrammatic representation in section of an alternative to FIG. 8 for supplying compressed air to a burner according to the invention.
  • FIG. 10 is a schematic representation in section of a burner according to the invention fitted to a filter device
  • Figure 11 is a diagrammatic section of a machine to regenerate the particulate filter independently of an engine exhaust line
  • FIG. 12 is a diagrammatic representation in section of another embodiment of an exhaust line according to the invention.
  • FIG. 13A is a diagrammatic representation in longitudinal section of the burner implemented within the line of FIG. 12;
  • FIG. 13B is a diagrammatic cross-sectional representation of the burner used in the line of FIG. Figure 12.
  • the exhaust gases from the diesel engine arrive in the filtration device via an inlet 1, at a temperature which can be between 80 ° C. at idle and 400 ° C. C in charge.
  • Such exhaust lines are each equipped with a catalyst 4, followed by a filter cartridge 5, upstream of which is mounted a burner according to the invention.
  • the burner has a symmetrical body of burner 2 having, according to a feature of the invention, a shutter member 3 positioned within the burner body 2.
  • a pipe 7 for supplying fuel and oxidant mixture opens tangentially into the burner body 2, so as to bring there gas oil or other fuel, conducted in the conduit 7 by a capillary 6, itself fed by an injector 61.
  • Means (not shown) are provided for communicating to the oxidizer and fuel an appropriate amount of movement. to impress the mixture with a swirling motion in the burner body 2.
  • the injection speed of the mixture in the burner body 2 can reach 300 m / s.
  • tangentially is meant tangentially to a circular section of the burner body 2 transversely to the axis of revolution of the burner.
  • the burner body 2 also has an end closed by a base and, on the opposite side to this closed end, an exhaust opening connected to the exhaust line.
  • the fuel injected into the pipe 7 is diesel fuel from the same tank as that of the internal combustion engine of the vehicle equipped with the exhaust line.
  • the oxidant is usually oxygen contained in the air injected into the conduit 7, for example from a source of air from the engine. According to a characteristic of the invention, the fuel and the oxidant are mixed in stoichiometric proportions.
  • the pipes 6, 7 bringing the diesel and the air are mounted concentrically.
  • the duct 7 has a length determined so as to homogenize said mixture of air and diesel upstream of its connection to the burner body 2. Thus, a more homogeneous mixture is easier to ignite.
  • the duct 7 is thus supplied with air to form a combustible mixture of air and diesel fuel, which then opens out tangentially into the burner via a connection orifice 14.
  • the burner body 2 also houses an electric ignition means in the form of a a hot candle 8 to cause ignition and combustion of this mixture of air and diesel, and a temperature sensor 9, the measurement of which controls the combustion process.
  • the glow plug 8 is here of the incandescent type, that is to say of the type used on the chambers of the internal combustion diesel engine.
  • the spark plug could also be of the apparent resistance type, which allows a direct contact of the fuel mixture with the incandescent filament.
  • the interruption time is defined by a temperature threshold within the burner body. Then, the injection of mixture, and thus the combustion, is maintained for a predetermined period of time so that the filtration cartridge 5 exceeds the oxidation and / or combustion temperature of the solid particles.
  • the entire device is controlled by a control device or computer 10 which, from measurements made by a pressure sensor 11 and by the temperature sensors 9 and 12, controls the start of the burner to perform the regeneration phase, then adjusts the burner output to complete the regeneration operation.
  • the exhaust gases are discharged through a pipe 13.
  • the ignition of the burner by the computer 10 comprises the phases consisting of:
  • the invention aims to ensure proper operation and above all a correct start of the burner, whatever the operating conditions of the engine.
  • the burner which is the subject of the invention makes it possible to ignite the mixture despite a motor at full power, ie when the conditions of extreme fluidic turbulence prevail in the burner, since the exhaust gases then circulate in the exhaust line at high speed and high speed.
  • the inside of the body of the burner 2 has a shutter member 3 arranged substantially horizontally in Figures IA and IB.
  • the shutter element 3 is located in a plane situated at a level below the orifice 14 for connecting the duct 7 to the burner 2.
  • the shutter element 3 comprises a disc presenting a diameter slightly smaller than the internal diameter of the burner body 2, and positioned perpendicularly to the axis of revolution, on the closed end side of the burner body 2.
  • this disc is pierced with several holes (here two, and about 1 to 10 depending on the diameter of the burner).
  • the diameter of each of the holes is 7 mm. In general, it is possible to choose the number and the diameters of the holes in proportion to the dimensions of the burner body 2.
  • the shutter element 3 fulfills two functions contributing to the aforementioned objective. First, it obstructs a substantial portion of the burner body 2 so as to provide a cavity 15 under its surface in which a controlled turbulence reigns, by "breaking" the exhaust gas streams.
  • the shutter element 3 defines a cavity 15 in which the ignition candle 8 for ignition can be housed, at least its active part, as shown in FIG. 1A, as well as the temperature sensor 9, as shown in FIGS. 2A, 2B, 6 or 7.
  • the spark plug 8 is thus positioned on the end closed of the burner body 2, at a determined distance from the opening of the duct 7 so as to ignite the mixture.
  • the temperature sensor 9 is positioned in the body of the burner near the shutter member 3, so as to detect the ignition of the mixture and then adjust the richness thereof to optimize the temperature and burning time of the solid particles retained in the filter cartridge 5.
  • a satisfactory operation of the burner with an efficient ignition has been obtained with a burner having the following dimensions: a cylindrical burner 2 of 60 mm internal diameter supplied with air by a rectilinear tangential tube 7 of 8 mm of internal diameter, receiving a capillary 6 with a 1 mm internal diameter allowing a maximum gas oil flow of 150 cm 3 / min, which represents a power of the order of 85 kW.
  • the part of the burner 2 situated above the shutter element 3 has a length of 150 mm.
  • the shutter element 3 is located 5 mm below the connection of the duct 7 in the burner 2; it has a diameter of 59 mm and is pierced with two holes 8 mm in diameter.
  • the surface of the shutter element 3 delimits, with the bottom of the burner 2, a cavity 15 having a height of 25 mm.
  • the term "cylinder” is used in its common sense, and so it refers to a straight cylinder with a circular base.
  • the air flow is adjusted by the computer 10 so as to maintain the flame inside the cylinder defined by the burner body 2.
  • the high turbulence and the high temperature level prevailing inside the burner promote rapid combustion occurring on about ten centimeters inside this cylinder.
  • FIG. IB is shown a variant where the burner is disposed directly inside the exhaust line.
  • the burner 2 can be arranged horizontally as illustrated. Nevertheless, it can also be arranged vertically, in which case it is essential to have the spark plug 8 on the bottom of the burner body 2 to obtain a good ignition.
  • the orifice 14 represents the connection of the duct 7 in the burner 2, in this case an intersection between two cylinders of different diameters.
  • FIG. 2B shows a variant in which a part of the fuel is directly injected, during the ignition phase, through a heating candle opening into the cavity 15.
  • This candle can be of the same type as that used in the additional burners of automobile heating circuit.
  • Such an injection makes it possible to control the richness of the mixture and to distribute it within the cavity defined by the shutter element 3.
  • FIGS. 3, 4 and 5 For a burner operating vertically, a structure such as that shown in FIGS. 3, 4 and 5 can be envisaged. This structure is similar to those illustrated in FIGS. 1, 2A and 2B. However, it has the particularity of having a shutter element "catchy" flame 3, consisting of a non-emerging cylindrical tube perforated laterally, whose upper end is actually covered by a solid disc. In addition, the enclosure defined by this tube houses at least one heating plug 8, centered or not on the base of the burner 2.
  • the shutter element 3 here consists of a stainless steel tube 1.5 mm thick and 35 mm internal diameter, covered with a solid disc.
  • the tube can be plugged at its lower end by the base of the burner.
  • the cylindrical surface, or side of the shutter member 3 is pierced with four holes 8 mm in diameter arranged in pairs opposite and at two different heights. These holes allow the flame to propagate throughout the burner body 2.
  • the burner can be effectively ignited from the idle speed up to the maximum power, and this, for exhaust gas temperatures between 80 ° C and 400 ° C.
  • the hot candle used is BERU ® brand like those which equip the Renault 1.9 DCI 120 HP engines.
  • the ignition phase it is possible, to achieve the ignition phase, to mount several heating candles in the burner chamber, as shown in Figure 5A.
  • the additional candles may be disposed inside or outside the cavity delimited by the shutter element 3.
  • a ceramic fabric 201, fabric, felt or mat near or in contact with the heating candle promotes the ignition phase of the mixture, because it is able to capture and concentrate the diesel mixture. It can be arranged as shown in FIG. 5A, ie housed between the wall of the burner body 2 and the heating plug 8 at least over part of the lateral circumference of the burner body 2.
  • 201 ceramic textile could be incorporated on the burners described in connection with Figures 2A and 2B
  • a tube 16 connected to the edge of the bottom of the burner 2, as shown in Figure 4.
  • a duct adduction of the mixture consists of a pipe 16 extending along the side walls inside the body of the burner 2 and parallel to the axis of revolution, the pipe 16 having a bent end at right angles opening tangentially to the burner body 2.
  • Such a pipe 16 has a lateral orifice 17, which opens tangentially to the burner body 2 and makes it possible to send the fuel mixture in the direction D.
  • the burner has the same dimensions than previously.
  • the tube 16 made of stainless steel has an internal diameter of 8 mm with a 4 mm diameter opening opening tangentially on the burner wall 2.
  • Such a pipe 16 reduces the size of the burner, thus facilitating accessibility and manufacture of the burner.
  • FIG. 6 shows, in accordance with a characteristic of the invention, a variant in which a thermally insulating coating 180 covers the burner 2, so as to conserve the heat produced by the flame within the burner and to minimize the heat exchange. of the burner wall 2 with the outside.
  • This coating may be a refractory metal of the inconel type or a ceramic such as cordierite, mullite, alumina etc.
  • Such thermal insulation makes it possible to more quickly reach the oxidation and / or combustion temperature of the solid particles in the filtration cartridge 5, while saving the fuel injected into the burner.
  • a burner object of the invention can advantageously find application for the drying of cereals or vegetables, where the air is generally heated by natural gas.
  • a catalytic coating may advantageously be deposited on the outer wall of the burner 2. Such a catalytic coating allows to oxidize the last traces of hydrocarbons and carbon monoxide (CO).
  • CO carbon monoxide
  • the burner object of the invention can be equipped with a shutter element in the form of a disc defining a valve 18, as shown in FIG. 7.
  • the valve 18 controlled by a jack 19 substantially obstructs the burner body 2, in this case the discharge orifice of the burner, so as to limit the turbulence of the gaseous flows in the burner.
  • the cylinder 19 controlling the valve 18 can be simply controlled by a bypass of the air burner feed. Then, when the flame is detected by the thermal sensor 9, be placed in the free position, or "in neutral", that is to say without pressure difference between its chambers.
  • this valve 18 may be associated with a shutter element 3, as described above in relation to FIGS. 1 to 6.
  • the bottom of the burner 2 is in sphere portion.
  • the temperature sensor 9 is arranged, like that shown in Figures 2, on the bottom of the burner 2.
  • the spark plug 8 is arranged on the side or the center depending on whether the burner is intended to operate horizontally or vertically.
  • compressed air is taken from a turbocharger 20 at the engine inlet by means of a bypass duct 21, able to derive the air flow necessary for the supply of the burner.
  • a regulator 22 controls the air flow in this bypass duct 21 so as to regulate, under the control of the computer 10, the amount of air entering the filtration device.
  • a compressed air reservoir 23 to supply, again via a bypass 21 coming from the turbocharger and a non-return valve 24.
  • the flow rate The burner feed is also adjusted by the flow regulator 22, which may for example be constituted by a variable opening valve.
  • the flow regulator 22 may for example be constituted by a variable opening valve.
  • a small turbo blower machine arranged between the compressed air reservoir 23 and the flow regulator 22, to increase the flow rate and the pressure. Available pressure in the bypass duct 21.
  • the turbo blower machine may for example consist of a vane pump, electrically powered and generating a pressure difference of 400 mbar.
  • many diesel engines are equipped as standard with a catalyst to reduce hydrocarbon and carbon monoxide (CO) emissions to meet emission standards.
  • diesel engines such as those conforming to the so-called EURO 4 standard, may be equipped with a nitrogen oxide reduction system called "SCR” incorporating a denitrification catalyst called “DéNox”, capable of reducing, on the one hand, nitrogen oxides (NOx) by means of urea injection, in addition to the use of an oxidation catalyst to reduce the possible excess of urea, and on the other hand, the emissions hydrocarbons and carbon monoxide (CO) remaining exhaust gases.
  • SCR nitrogen oxide reduction system
  • DéNox denitrification catalyst
  • a filtration device comprising only a burner according to the present invention therefore makes it possible, in such applications, to provide a set without oxidation catalyst, simple and economical.
  • the burner illustrated in FIG. 10 is disposed between two filter cartridges 5 each comprising a conventional filter cartridge, opening onto the inlet face of each of the cartridges, which are furthermore equipped with a controlled obstruction valve 25. by a jack 26 with pneumatic or electric motor.
  • the obstruction valve 25 allows the regeneration of one cartridge after the other by combustion of the carbon particles retained on their filter cartridges, thus avoiding excessive outlet temperatures.
  • Each of the filtration cartridges 5 is equipped with a temperature sensor 27, fulfilling a function similar to that of the temperature sensor 9 illustrated in FIG. 1.
  • a temperature sensor 273 disposed on the burner outlet pipe allows precise control of the exhaust gas outlet temperatures by controlling the clogging of the valve 25 of the filter cartridge 5 to be regenerated.
  • the starting method comprises the steps of: "supplying the heating candle 8; 1 to inject a flow of air by means of the conduit 7; • to close one of the two valves 25 controlled by a jack 26; 1 after a predetermined time corresponding substantially to the time required for the heating candle 8 to reach a sufficient temperature of between 600 ° C.
  • the power of the burner is used only to heat a single cartridge at a time, which significantly reduces its operating time and, therefore, the amount of fuel consumed for this operation.
  • the duration has varied from 20 to 25 s, and the outlet temperature does not exceed 47O 0 C, temperature corresponding substantially to the case where the burner is stopped with simultaneous opening of the valve obstructing the other filter cartridge 5. Shortly after, this temperature is around 45O 0 C during the combustion of carbon and then, at the end of the combustion, drops back to the level of the exhaust gas inlet temperature, ie about 300 0 C;
  • each of the filtration cartridges 5 has a means of obstruction of the flow rate, arranged upstream or downstream, and controlled by at least one calculator integrating the operating conditions of the engine. , so as to isolate at least one filter cartridge 5 whenever the accelerator position is at zero (not accelerated).
  • the burner which is the subject of the invention on a machine intended to regenerate the filter cartridges for particle filters in order to renovate them after the vehicle has traveled several tens thousands of kilometers. Indeed, even if the combustion of carbon is perfectly carried out at the level of the filtering device, after several thousand kilometers the ashes resulting from the combustion of the engine oil, or even the combustion additives used, tend to progressively seal up the porosities. filter cartridge. This is why regeneration carried out on a machine, with a device blowing hot air against the direction of operation, allows to properly regenerate the filter cartridge out of the vehicle.
  • FIG. 11 Such a machine for regenerating the particulate filters is illustrated in FIG. 11, in which the burner 2 operates in a horizontal position within a chamber 32, itself fed by a turbo-blower machine 31.
  • the turbo blower and the power of the burner 2 are controlled by a computer (not shown), so as to adjust the temperature at the outlet of the chamber 32 to a set temperature indicated by the temperature sensor 28.
  • the principle is to increase gradually the temperature of the air within the burner to a temperature close to that where carbon combustion occurs, that is to say 500 0 C without additive, or 350 to 400 0 C with additive.
  • a second temperature sensor 30 is provided, so as to continuously compare the temperature at the outlet 13 with the inlet temperature measured by the sensor 28.
  • means are implemented to slow down the combustion in the filter, such as reducing the air flow, reducing the power of the burner. This method of slowing the combustion burns all the carbon and residues contained in the filter without reaching excessive temperatures that could jeopardize the integrity and longevity of the filter cartridge.
  • the temperature of the filter cartridge increases to a temperature of between 650 and 700 ° C. so as to reduce all the residues to ashes.
  • a large flow rate is generated by the turbo blower machine so as to extract these ashes from the filter cartridge to be renovated.
  • the hot gases are discharged through a pipe 34 thermally insulated, having a special filter 35 of large capacity, able to stop all ashes and residues. Downstream of this special filter is disposed an oxidation catalyst 36 for oxidizing the hydrocarbons and carbon monoxide (CO) possibly formed during the combustion phase.
  • the gases are finally discharged via a conduit 37.
  • the body of the burner is provided with one or more through holes 38, opening on the side wall defining said body, at a higher level with respect to the shutter element 3.
  • This or these orifices 38 are advantageously oriented substantially tangentially with respect to said side wall, still for the purpose of contributing to the swirling motion printed on the flows inside the burner.
  • the exhaust line is provided with a flap 39, articulated on the inner wall of said line, and may be more or less folded down on the outer wall of the burner, on behalf of the computer 10 according to the parameters already mentioned, and corollary causing the introduction of a greater or lesser amount of said exhaust gas into the burner.
  • At least one of said orifices extends into the burner through a pipe 41 whose end 42 is bent and directed towards the shutter element 3. In doing so, it is concentrated at the latter combustion, promoting the flame, and corollary, to reduce the length of said burner.
  • the burner which is the subject of the present invention thus makes it possible to reduce or even eliminate solid particles contained in a filtration cartridge while using a catalyst with a low concentration of precious metals. Indeed, such a burner allows a complete combustion of diesel without parasitic emission of hydrocarbons or carbon monoxide, unlike devices where diesel fuel is injected directly onto the catalyst.
  • the burner may comprise a second conduit for supplying a mixture of fuel and oxidizer, opening into the burner body also in a direction substantially tangential to the burner body, so as to be able to print to the mixture a symmetrical swirling motion within the burner body.

Abstract

A burner designed to heat a filtration cartridge (5) for exhaust gases from an engine until oxidation and/or combustion of the solid particles trapped in the cartridge, including a burner body (2) presenting a closed extremity and, on the side opposite this closed extremity, an exhaust opening for said gases, characterised in that it includes: - at least an adduction pipe (7) of a mix of fuel and oxidiser opening into the burner body (2) tangentially to the burner body (2), in such a way as to cause the mixture to swirl around within the burner; - an electric means of igniting (8) said mixture positioned inside the burner body (2); - an obturator element (3, 18) blocking the burner body (2), to limit the turbulence of the exhaust gases in the volume of the burner body (2), restricted by said obturator element (3, 18).

Description

BRULEUR ET PROCEDE POUR LA REGENERATION DE CARTOUCHES DE FILTRATION ET DISPOSITIFS EQUIPES D'UN TEL BRULEURBURNER AND METHOD FOR REGENERATING FILTRATION CARTRIDGES AND DEVICES EQUIPPED WITH SUCH A BURNER
DOMAINE DE L'INVENTIONFIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne de façon générale le domaine de la réduction, voire de l'élimination, des particules solides telles que les suies contenues dans les gaz d'échappement issus de moteurs à combustion interne, et notamment issus des moteurs diesel.The present invention generally relates to the field of reduction, or even elimination, of solid particles such as soot contained in the exhaust gas from internal combustion engines, and in particular from diesel engines.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé pour régénérer la(les) cartouche(s) de filtration par brûlage des suies qui y sont piégées. On appelle « régénération » le retour de la cartouche de filtration dans un état de fonctionnement analogue à son état initial.More particularly, the invention relates to a method for regenerating the filter cartridge (s) by burning soot trapped therein. Regeneration is the return of the filter cartridge to an operating state analogous to its initial state.
ETAT ANTÉRIEUR DE LA TECHNIQUEPRIOR STATE OF THE ART
Les pouvoirs publics ont instauré des normes de plus en plus draconiennes pour imposer aux constructeurs automobiles le développement de moteurs produisant de moins en moins d'émissions polluantes. Les constructeurs s'efforcent donc de mettre au point des moteurs à explosion, en particulier des moteurs diesel et des moteurs à mélange pauvre, rejetant le moins de particules non brûlées possible.The authorities have introduced increasingly stringent standards to force car manufacturers to develop engines that produce fewer and fewer emissions. Manufacturers are therefore striving to develop combustion engines, particularly diesel engines and lean-burn engines, which emit as little of the unburned particles as possible.
Dans ce but, outre la mise au point de nouveaux moteurs ayant une consommation en carburant toujours plus réduite, un effort tout particulier a été fait sur le développement de nouveaux systèmes d'échappement, destinés à réduire les émissions de gaz polluants non brûlés et de particules solides.To this end, in addition to the development of new engines with ever lower fuel consumption, a special effort has been made on the development of new exhaust systems designed to reduce emissions of unburned pollutants and solid particles.
Ainsi, les constructeurs automobiles ont mis au point des pots catalytiques 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 (Pt) ou le rhodium (Rh). De tels catalyseurs permettent de réduire les émissions d'hydrocarbures polycycliques et de monoxyde de carbone (CO), et ceci, dans une proportion de l'ordre de 90 %.For example, automobile manufacturers have developed catalytic converters, usually consisting of a stainless steel casing, a thermal insulator and a honeycomb support impregnated with precious metals such as platinum (Pt) or aluminum. Rhodium (Rh). Such catalysts can reduce emissions of polycyclic hydrocarbons and carbon monoxide (CO), and this, in a proportion of the order of 90%.
Toutefois, ils n'ont aucune action sur les émissions de particules solides. Ainsi, de tels catalyseurs n'apportent pas d'amélioration notable quant aux émissions des moteurs diesels produisant de nombreuses particules solides. Or, la modification de la combustion des moteurs n'est plus suffisante pour satisfaire aux directives sur les rejets. C'est pourquoi la mise en œuvre de procédés et de dispositifs de filtration des gaz d'échappement avec régénération des filtres par combustion est désormais incontournable. Une telle filtration permet de réduire de plus de 90 % la masse totale des particules émises par les moteurs diesels.However, they have no effect on solid particle emissions. Thus, such catalysts do not provide significant improvement in emissions of diesel engines producing many solid particles. However, the change in engine combustion is no longer sufficient to meet the discharge guidelines. This is why the implementation of exhaust gas filtration processes and devices with regeneration of combustion filters is now unavoidable. Such a filtration makes it possible to reduce by more than 90% the total mass of particles emitted by diesel engines.
De manière connue, les particules solides sont généralement piégées par une cartouche de filtration composant le filtre à particules. Pour bien fonctionner, un filtre à particules nécessite une régénération permettant de brûler les particules piégées dans ses parties filtrantes, principalement dans la cartouche de filtration.In known manner, the solid particles are generally trapped by a filter cartridge forming the particulate filter. To work well, a particulate filter requires regeneration to burn the trapped particles in its filtering parts, mainly in the filter cartridge.
De façon à résister aux températures élevées subies notamment au cours du brûlage, une cartouche de filtration peut être constituée d'un corps poreux en cordiérite, en quartz ou en carbure de silicium. De plus, elle présente généralement une structure en nid d'abeille pour maximiser sa surface de filtration et pour présenter une capacité de rétention suffisante pour éviter le colmatage et, partant, la réduction des performances du moteur.In order to withstand the high temperatures experienced especially during burning, a filter cartridge may be made of a porous body of cordierite, quartz or silicon carbide. In addition, it generally has a honeycomb structure to maximize its filtration area and to have a sufficient retention capacity to prevent clogging and, therefore, the reduction of engine performance.
Outre la diminution des performances du moteur liée aux pertes de charge qu'entraîne le colmatage du filtre à particules, les moteurs équipés d'un filtre à particules de l'art antérieur peuvent subir un autre phénomène dommageable.In addition to the reduction in engine performance related to the pressure losses that entails the clogging of the particulate filter, the engines equipped with a particle filter of the prior art may suffer another harmful phenomenon.
En effet, comme le colmatage dérègle le moteur, la température d'échappement risque d'augmenter, entraînant ainsi la combustion soudaine et intempestive d'une grande masse de particules solides, de sorte que la température monte à des valeurs bien supérieures à 10000C, pouvant excéder la résistance thermique des matériaux précités constituant la cartouche de filtration. Le choc thermique résultant d'une telle combustion peut ainsi avoir des conséquences délétères sur la structure du filtre à particules.Indeed, as clogging disturbs the engine, the exhaust temperature may increase, resulting in the sudden and untimely combustion of a large mass of solid particles, so that the temperature rises to values well above 1000 0 C, may exceed the thermal resistance of the aforementioned materials constituting the filter cartridge. The thermal shock resulting from such combustion can thus have deleterious consequences on the structure of the particulate filter.
Cependant, la difficulté majeure pour assurer le fonctionnement de tels filtres à particules réside dans la possibilité ou non de réaliser les phases d'oxydation et de combustion des particules solides retenues par la cartouche de filtration. En effet, sur un trajet urbain, les gaz d'échappement atteignent difficilement une température suffisante pour assurer la combustion régulière et/ou complète des particules solides et ainsi régénérer le filtre en limitant significativement son colmatage. Or, en l'absence d'additifs chimiques, les particules charbonneuses issues de la combustion du gazole dans un moteur diesel ne commencent à s'oxyder qu'au-dessus d'une température de 45O0C et à se consumer qu'à partir de 55O0C. Toutefois, de telles températures ne sont pratiquement jamais atteintes dans des conditions urbaines de roulage. C'est pourquoi, il est nécessaire de mettre en oeuvre un procédé chimique pour faciliter l'élimination de ces particules solides. Différentes techniques sont ainsi utilisées dans le but d'obtenir leur combustion.However, the major difficulty in ensuring the operation of such particulate filters lies in the possibility or not to achieve the oxidation and combustion phases of the solid particles retained by the filter cartridge. Indeed, on an urban route, the exhaust gas hardly reach a temperature sufficient to ensure the regular and / or complete combustion of the solid particles and thus regenerate the filter significantly limiting its clogging. However, in the absence of chemical additives, the carbonaceous particles resulting from the combustion of diesel in a diesel engine begin to oxidize only above a temperature of 45O 0 C and to burn from 55O 0 C. However, such temperatures are almost never reached in urban driving conditions. Therefore, it is necessary to implement a chemical process to facilitate the removal of these solid particles. Different techniques are thus used for the purpose of obtaining their combustion.
Une première méthode de l'art antérieur consiste à disposer, en amont de la cartouche de filtration, un catalyseur d'oxydation du monoxyde d'azote (NO) contenu dans les gaz d'échappement en dioxyde d'azote (NO2). Le dioxyde d'azote (NO2) a la propriété de catalyser la combustion des particules charbonneuses à partir d'une température de 25O0C. Cette technique, appelée « piège à régénération continue » (de l'anglais, « Continuons Regenerating Trap » ou C.R.T.), allie les effets du filtre à particules et du catalyseur d'oxydation du monoxyde d'azote (NO).A first method of the prior art is to have, upstream of the filter cartridge, a catalyst for oxidation of nitrogen monoxide (NO) contained in the exhaust gas in nitrogen dioxide (NO 2 ). Nitrogen dioxide (NO 2 ) has the property of catalyzing the combustion of carbonaceous particles from a temperature of 25O 0 C. This technique, called "continuous regeneration trap" (English, "Continuons Regenerating Trap Or CRT), combines the effects of the particulate filter and the nitric oxide (NO) oxidation catalyst.
Toutefois, ce procédé impose d'utiliser un gazole dont la teneur en soufre est inférieure à 50 ppm (parties par million), pour garder une efficacité de conversion du monoxyde d'azote (NO) en dioxyde d'azote (NO2) suffisante. De tels combustibles ne sont disponibles que dans les quelques pays imposant une telle limite à leur teneur en soufre, limite inexistante dans de nombreux pays émergents.However, this process requires the use of a diesel fuel with a sulfur content of less than 50 ppm (parts per million), to maintain a conversion efficiency of nitrogen monoxide (NO) to nitrogen dioxide (NO 2 ) sufficient . Such fuels are only available in the few countries that impose such a limit on their sulfur content, a limit that does not exist in many emerging countries.
De plus, pour assurer un bon fonctionnement des filtres, cette technique nécessite une régénération régulière afin de limiter la perte de charge du filtre en éliminant le risque de régénération non contrôlée, donc trop exotherme et destructrice pour la cartouche de filtration.In addition, to ensure proper operation of the filters, this technique requires regular regeneration to limit the filter pressure loss by eliminating the risk of uncontrolled regeneration, so too exothermic and destructive for the filter cartridge.
Dans le cas contraire, compte tenu de la concentration excessive de particules charbonneuses colmatant le filtre, il se développe les réactions violentes susmentionnées qui consistent en une combustion trop rapide d'une grande masse de particules solides, ce qui conduit généralement à une destruction du filtre par choc thermique, les températures obtenues pouvant être localement trop élevées.In the opposite case, given the excessive concentration of carbonaceous particles clogging the filter, the aforementioned violent reactions develop which consist of a too rapid combustion of a large mass of solid particles, which generally leads to destruction of the filter by thermal shock, the temperatures obtained may be locally too high.
Alternativement, une solution de l'art antérieur proposent d'employer des additifs organo métallique s ajoutés au gazole tel que le cérium (Ce), le fer (Fe), le strontium (Sr), le calcium (Ca) ou autres. Cette solution permet d'obtenir un effet similaire à celui obtenu avec le dioxyde d'azote (NO2), en catalysant la combustion des matières charbonneuses à des températures voisines de 37O0C. Un premier inconvénient d'une telle solution réside dans le coût très élevé des additifs à utiliser. En outre, il est nécessaire de prévoir un dispositif d'introduction de l'additif complémentaire, ce qui obère encore le coût d'une telle solution.Alternatively, a solution of the prior art proposes the use of organo-metallic additives added to gas oil such as cerium (Ce), iron (Fe), strontium (Sr), calcium (Ca) or others. This solution allows to obtain an effect similar to that obtained with nitrogen dioxide (NO 2) by catalyzing the combustion of carbonaceous materials at temperatures of 37o 0 C. A first disadvantage of such a solution lies in the very high cost of the additives to be used. In addition, it is necessary to provide a device for introducing the additional additive, which further hinders the cost of such a solution.
Par ailleurs, les additifs présents dans les matières charbonneuses contribuent à encrasser encore plus rapidement la cartouche de filtration. Par conséquent, une solution de ce type accroît le risque de colmatage du filtre à particules et donc de réactions incontrôlées, lorsque les températures atteintes en fonctionnement ne sont pas suffisamment importantes.Moreover, the additives present in the carbonaceous materials contribute to foul even more quickly the cartridge of filtration. Consequently, a solution of this type increases the risk of clogging of the particulate filter and therefore of uncontrolled reactions, when the temperatures reached during operation are not sufficiently high.
Par ailleurs, une autre méthode de combustion a été mise en œuvre dans les moteurs diesels à injection directe récents dits « à rampe commune ». Elle comprend une étape de post-injection du gazole utilisée pour augmenter la température des gaz d'échappement et pouvoir ainsi oxyder et brûler les particules charbonneuses retenues sur le filtre à particules. Le procédé d'injection directe « à rampe commune », qui met en œuvre des injecteurs électromagnétiques, permet de procéder à une nouvelle injection de gazole dans la chambre de combustion au moment où la soupape d'échappement s'ouvre, réalisant de la sorte un mélange homogène avec les gaz d'échappement et déclenchant ainsi une réaction d'oxydation du gazole nouvellement injecté. Cette réaction d'oxydation se finalise de manière assez complète sur le catalyseur d'oxydation situé entre l'orifice d'échappement du moteur et le filtre à particules.In addition, another combustion method has been implemented in recent direct injection diesel engines known as "common rail". It comprises a step of post-injection of diesel used to increase the temperature of the exhaust gas and thus be able to oxidize and burn the carbon particles retained on the particulate filter. The "common rail" direct injection method, which uses electromagnetic injectors, makes it possible to carry out a new injection of diesel fuel into the combustion chamber at the moment when the exhaust valve opens, realizing in this way a homogeneous mixture with the exhaust gases and thus triggering an oxidation reaction of the newly injected diesel. This oxidation reaction is completed quite completely on the oxidation catalyst located between the exhaust port of the engine and the particulate filter.
De l'art antérieur, on connaît également des procédés de post-injection de liquide du type gazole destiné à la régénération de moyens de filtration disposés en aval de catalyseurs de combustion dans des systèmes d'échappement de moteurs diesel. Ces procédés sont notamment décrits dans les documents suivants : US-B-From the prior art, diesel fuel-type liquid post-injection processes are also known for the regeneration of filtration means arranged downstream of combustion catalysts in diesel engine exhaust systems. These processes are described in particular in the following documents: US-B-
5 207 990, EP-A-I 158 143, US-B-6 023 930, JP-A-07 119444 et US-B-5 522 218.5,207,990, EP-A-1,158,143, US-B-6,023,930, JP-A-07,119,444 and US-B-5,522,218.
Cependant, de tels procédés ont pour inconvénients communs, d'une part, de ne pas permettre une régénération optimale, sûre et économique des moyens de filtration et, d'autre part, de subir une dégradation thermique et une cokéfaction du liquide de régénération, en particulier lorsqu'il s'agit de gazole, notamment au niveau des buses des injecteurs de post-injection. Les moyens de post-injection sont ainsi rapidement endommagés par la chaleur dégagée par le collecteur d'échappement, ce qui altère leur fiabilité et leur efficacité. En outre, les procédés de post-injection connus ne fonctionnent de manière satisfaisante que si une température minimale des gaz d'échappement d'environ 3000C est atteinte durant au minimum 5% du temps de fonctionnement. Par conséquent, les dispositifs et procédés mettant en œuvre la post-injection de gazole dans les gaz d'échappement en amont d'un catalyseur d'oxydation deviennent insuffisants lorsque la température est trop basse.However, such methods have the common drawbacks, on the one hand, of not allowing optimal, safe and economical regeneration of the filtration means and, on the other hand, of undergoing thermal degradation and coking of the regeneration liquid, in particular when it comes to diesel fuel, especially at the level of the nozzles of the injectors of post-injection. The post-injection means are thus quickly damaged by the heat generated by the exhaust manifold, which alters their reliability and efficiency. In addition, the known post-injection methods work satisfactorily only if a minimum exhaust gas temperature of about 300 ° C. is reached for at least 5% of the operating time. Consequently, the devices and processes implementing the post-injection of diesel into the exhaust gas upstream of an oxidation catalyst become insufficient when the temperature is too low.
Un autre inconvénient de ces systèmes réside dans les émissions parasites et polluantes d'hydrocarbures générées durant la phase d'injection, lorsque les températures sont trop basses, par exemple autour 3000C.Another disadvantage of these systems lies in the parasitic and polluting emissions of hydrocarbons generated during the injection phase, when the temperatures are too low, for example around 300 ° C.
D'autres techniques consistent à employer des dispositifs comprenant des moyens de chauffage complémentaires de type résistances électriques ou autres. Ces moyens de chauffage complémentaires sont mis en œuvre uniquement lorsque la cartouche présente un début de colmatage, c'est-à-dire lors d'une augmentation de la perte de charge. Un tel dispositif de régénération fonctionne lorsque le moteur est 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 porter à la bonne température les gaz d'échappement ainsi que la masse de la cartouche de filtration.Other techniques consist in employing devices comprising complementary heating means such as electric resistors or others. These additional heating means are implemented only when the cartridge has a start of clogging, that is to say during an increase in the pressure drop. Such a regeneration device operates when the engine is running, that is to say in the presence of a large flow of exhaust gas. Such a device therefore requires a significant heating power to bring the exhaust gas temperature and the mass of the filter cartridge to the correct temperature.
Pour réaliser la combustion des particules solides retenues sur le filtre, l'art antérieur propose également de disposer un brûleur à l'entrée du filtre et de l'allumer lorsque le moteur du véhicule est à l'arrêt. Or, cela implique de nombreux inconvénients, parmi lesquels on peut citer la difficulté de contrôler, voire simplement d'initier, la combustion dans le brûleur, la difficulté d'isoler thermiquement le filtre, l'élévation importante de la température du brûleur durant la phase de combustion (au-delà de 14000C) ainsi que l'obligation de disposer d'une capacité de filtration importante pour pouvoir assurer un service suffisamment long, c'est-à-dire entre deux arrêts du moteur.To achieve the combustion of solid particles retained on the filter, the prior art also proposes to have a burner at the filter inlet and turn it on when the engine of the vehicle is stopped. However, this involves many disadvantages, among which may be mentioned the difficulty of controlling, or even simply to initiate, the combustion in the burner, the difficulty of thermally insulating the filter, the significant rise in the temperature of the burner during the combustion phase (beyond 1400 0 C) and the requirement to have a large filtration capacity to be able to provide a sufficiently long service, that is to say between two stops engine.
Dans la plupart des cas, l'utilisation de brûleur pour apporter les calories nécessaires à la combustion des particules solides présente un fonctionnement satisfaisant seulement lorsque le moteur est à l'arrêt ou au ralenti, c'est-à-dire au moment où les conditions de régénération sont les moins favorables, car la température des gaz d'échappement est alors basse. De plus, compte tenu des puissances de brûlage à mettre en œuvre, la majorité des dispositifs présente un encombrement incompatible avec le volume généralement disponible dans le filtre à particules. De plus, de tels brûleurs rencontrent de réelles difficultés à fonctionner de manière satisfaisante durant le fonctionnement normal du moteur, à cause de la difficulté à allumer le brûleur due aux fortes turbulences régnant dans la ligne d'échappement et donc dans le brûleur.In most cases, the use of a burner to provide the calories necessary for the combustion of the solid particles has satisfactory operation only when the engine is stationary or idle, that is to say when the Regeneration conditions are the least favorable, because the temperature of the exhaust gas is then low. In addition, given the burning power to implement, the majority of devices has a footprint incompatible with the volume generally available in the particulate filter. In addition, such burners have real difficulties to operate satisfactorily during normal operation of the engine, because of the difficulty to ignite the burner due to severe turbulence in the exhaust line and therefore in the burner.
De tels brûleurs nécessitent en conséquence des systèmes volumineux et sophistiqués, donc coûteux, pour maîtriser ces problèmes. L'objectif de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif pour brûler des particules solides issues de la combustion interne d'un moteur thermique résolvant les inconvénients des procédés de l'art antérieur.Such burners therefore require large and sophisticated systems, so expensive, to control these problems. The object of the present invention is to provide a method and a device for burning solid particles from the internal combustion of a heat engine solving the disadvantages of the processes of the prior art.
L'objet de l'invention permet ainsi d'obtenir l'augmentation de la température nécessaire à la combustion complète des particules solides, ou suies, déposées sur une la cartouche de filtration, tout en étant adaptable à de nombreux moteurs diesel et à des conditions de fonctionnement du moteur très diverses.The object of the invention thus makes it possible to obtain the increase of the temperature necessary for the complete combustion of the solid particles, or soot, deposited on a filter cartridge, while being adaptable to numerous diesel engines and to very different engine operating conditions.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un procédé et un dispositif pour brûler des particules solides, évitant tout risque d'accumulation de particules dans la cartouche de filtration et donc tout risque de régénération intempestive, quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur, en particulier pour les applications de transport urbain.Another object of the invention is to provide a method and a device for burning solid particles, avoiding any risk of accumulation of particles in the filter cartridge and therefore any risk of inadvertent regeneration, whatever the operating conditions of the device. particularly for urban transport applications.
Par ailleurs, l'invention propose également une solution de réduction quantitative, voire d'élimination, des particules solides, ou suies, contenues dans les gaz d'échappement, au moyen d'une régénération régulière, performante et complète, c'est-à-dire sans interruption, au moyen d'une réaction d'oxydation produite à partir de 2000C et d'une combustion complète en-dessous de 4000C, l'emploi d'un additif permettant d'éviter tout risque d'accumulation de particules dans les moyens de filtration malgré une phase de régénération à basse température.Furthermore, the invention also proposes a solution for quantitatively reducing, or even eliminating, solid particles, or soot, contained in the exhaust gases, by means of a regular, efficient and complete regeneration, that is, that is to say without interruption, by means of an oxidation reaction produced from 200 0 C and a complete combustion below 400 0 C, the use of an additive to avoid any risk of accumulation of particles in the filtration means despite a regeneration phase at low temperature.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un brûleur pour la réduction quantitative, voire l'élimination, des suies contenues dans les gaz d'échappement de moteurs thermiques, ce brûleur débouchant à l'entrée du filtre à particules et présentant des dimensions réduites, ce qui le rend compact et facilement intégrable sur la ligne d'échappement d'un véhicule. Un autre objectif de l'invention est de permettre la régénération des moyens de filtration mis en œuvre n'entraînant pas d'augmentation excessive de la température des gaz en sortie du dispositif de filtration ni de surconsommation significative de carburant.Another object of the invention is to provide a burner for the quantitative reduction or elimination of soot contained in the exhaust gases of combustion engines, this burner opening at the inlet of the particulate filter and having dimensions reduced, which makes it compact and easily integrated on the exhaust system of a vehicle. Another object of the invention is to allow the regeneration of the filtering means implemented not entailing an excessive increase in the temperature of the gases at the outlet of the filtration device or significant overconsumption of fuel.
Par ailleurs, l'invention a pour objectif de réaliser une réduction quantitative, voire l'élimination, des particules contenues dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, permettant l'utilisation de catalyseur à faible concentration de métaux précieux.Furthermore, the invention aims to achieve a quantitative reduction, or even elimination, of the particles contained in the exhaust gas of an internal combustion engine, allowing the use of low concentration catalyst of precious metals.
Un autre objectif de l'invention est de fournir une solution de réduction quantitative, voire d'élimination, des suies contenues dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, relativement économique, fiable, flexible et retardant au maximum le colmatage du filtre, voire le supprimant, quels que soient la charge du moteur, sans pour autant être affecté par la présence éventuelle de composés soufrés, comme le dioxyde de soufre dans les gaz d'échappement. L'objet de l'invention permet ainsi d'utiliser des gazoles à teneur élevée en soufre.Another object of the invention is to provide a solution for the quantitative reduction, or even elimination, of the soot contained in the exhaust gas of an internal combustion engine, which is relatively economical, reliable and flexible, and which delays clogging as much as possible. filter, or eliminating it, whatever the load of the engine, without being affected by the possible presence of sulfur compounds, such as sulfur dioxide in the exhaust gas. The object of the invention thus makes it possible to use gas oils with a high sulfur content.
Un objectif complémentaire de l'invention est de réaliser un procédé et un dispositif pour brûler des particules solides adaptables aux machines à régénérer les filtres à particules pour éliminer les cendres déposées durant leur fonctionnement sur un véhicule.A complementary object of the invention is to provide a method and a device for burning solid particles adaptable to the machines to regenerate the particulate filters to remove ashes deposited during their operation on a vehicle.
Par ailleurs, l'invention propose un procédé et un dispositif pour brûler des particules solides adaptables à des applications autres que la combustion des suies dans les filtres à particules. Par exemple, compte tenu des faibles dimensions et du contrôle parfait d'une combustion hautement énergétique, il est possible d'envisager la mise en œuvre de l'objet de l'invention pour le séchage d'aliments, céréales et autres produits sensibles.Furthermore, the invention provides a method and a device for burning solid particles adaptable to applications other than the combustion of soot in particulate filters. For example, given the small dimensions and the perfect control of a high energy combustion, it is possible to envisage the implementation of the object of the invention for drying foods, cereals and other sensitive products.
EXPOSE DE L'INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION
L'objet de l'invention concerne donc un brûleur destiné à chauffer au moins une cartouche de filtration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à une température supérieure à la température d'oxydation et/ou à la température de combustion des particules solides piégées dans la cartouche de filtration. Ce brûleur comprend un corps de brûleur, lequel présente une extrémité fermée et, du côté opposé à cette extrémité fermée, une ouverture d'évacuation susceptible d'être reliée à une conduite d'évacuation des gaz d'échappement.The object of the invention therefore relates to a burner for heating at least one filter cartridge for exhaust gas of an internal combustion engine at a temperature above the oxidation temperature and / or the combustion temperature solid particles trapped in the filter cartridge. This burner comprises a burner body, which has a closed end and, on the opposite side to this closed end, an exhaust opening capable of being connected to an exhaust gas discharge pipe.
Selon l'invention, le brûleur comprend en outre :According to the invention, the burner further comprises:
" au moins un conduit d'adduction d'un mélange de combustible et de comburant débouchant dans le corps de brûleur selon une direction essentiellement tangentielle au corps de brûleur, de manière à pouvoir imprimer au mélange un mouvement tourbillonnant au sein du corps de brûleur ;at least one adduct duct of a mixture of fuel and oxidant opening into the burner body in a direction substantially tangential to the burner body, so as to impart to the mixture a swirling motion within the burner body;
" un moyen électrique d'allumage du mélange positionné au sein du corps de brûleur ;"an electric ignition means of the mixture positioned within the burner body;
1 un élément obturateur obstruant une partie substantielle du corps de brûleur, de manière à limiter les turbulences susceptibles d'être engendrées par les gaz d'échappement sur les écoulements de fluides au sein du volume du corps de brûleur délimité par l'élément obturateur. 1 a shutter member obstructing a substantial part of the burner body, so as to limit the turbulence likely to be generated by the exhaust gas on the fluid flows within the volume of the burner body defined by the shutter member.
En d'autres termes, le brûleur - objet de l'invention comprend des moyens limitant les turbulences à un niveau compatible avec l'allumage du mélange, quel que soit le régime du moteur, et donc quelles que soient les variations de pression susceptibles d'intervenir au niveau de l'échappement, ledit mélange étant injecté de manière propice à l'allumage. Cela permet d'allumer aisément le mélange dans une zone protégée des turbulences, cette zone d'allumage étant délimitée par l'élément obturateur. Puis, la combustion du mélange peut se dérouler dans tout le volume du corps de brûleur produisant ainsi des gaz à température élevée susceptibles d'échauffer une cartouche de filtration jusqu'à y brûler complètement les particules solides.In other words, the burner - object of the invention comprises means limiting turbulence to a level compatible with the ignition of the mixture, whatever the engine speed, and therefore whatever the pressure variations likely to to intervene at the level of the exhaust, said mixture being injected in a manner conducive to ignition. This makes it possible to easily ignite the mixture in an area protected from turbulence, this ignition zone being delimited by the shutter element. Then, the combustion of the mixture can take place in the entire volume of the burner body thus producing high temperature gases capable of heating a filter cartridge to completely burn the solid particles.
En pratique, la surface interne des parois latérales du corps de brûleur peut être régulière et présente globalement une symétrie de révolution.In practice, the internal surface of the side walls of the burner body can be regular and generally has a symmetry of revolution.
Par « régulière », on désigne une surface lisse (selon l'acception commune du terme et pas selon la définition mathématique), c'est-à-dire exempte d'irrégularités ou, dans le cas d'une surface à symétrie de révolution, une surface dont la génératrice présente une courbure à rayon élevé. Il peut par exemple s'agir d'un cylindre droit, forme peu coûteuse à obtenir et facile à assembler sur d'autres éléments. Une telle caractéristique permet de limiter encore les turbulences au sein du corps de brûleur. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'élément obturateur peut comporter un disque présentant un diamètre légèrement inférieur au diamètre interne du corps de brûleur, et positionné perpendiculairement à l'axe de révolution, du côté de l'extrémité fermée du corps de brûleur.By "regular" is meant a smooth surface (according to the common meaning of the term and not according to the mathematical definition), that is to say free of irregularities or, in the case of a symmetrical surface of revolution , a surface whose generator has a high radius curvature. It can for example be a straight cylinder, inexpensive form to obtain and easy to assemble on other elements. Such a feature can further limit turbulence within the burner body. According to a first embodiment of the invention, the shutter element may comprise a disc having a diameter slightly smaller than the internal diameter of the burner body, and positioned perpendicular to the axis of revolution, on the closed end of the burner body.
Un disque ainsi dimensionné et positionné permet de « briser » les turbulences des flux de gaz d'échappement circulant dans le corps de brûleur.A disc thus dimensioned and positioned makes it possible to "break" the turbulence of the exhaust gas flows circulating in the burner body.
Selon une forme de réalisation pratique de ce premier mode de réalisation de l'invention, le disque peut être percé d'une pluralité de trous dont le nombre et/ou les diamètres sont proportionnels au diamètre du disque. Ces trous sont destinés à permettre la propagation de la flamme de combustion du mélange dans l'ensemble du volume du corps de brûleur.According to a practical embodiment of this first embodiment of the invention, the disk can be pierced with a plurality of holes whose number and / or diameters are proportional to the diameter of the disk. These holes are intended to allow the propagation of the combustion flame of the mixture throughout the volume of the burner body.
Après l'allumage du mélange, cela permet de « développer » la flamme de combustion du mélange dans tout le volume du corps de brûleur.After ignition of the mixture, it allows to "develop" the combustion flame of the mixture throughout the volume of the burner body.
Selon une autre forme de réalisation de ce premier mode de réalisation de l'invention, l'élément obturateur peut en outre comprendre un cylindre droit dont une extrémité est recouverte par le disque en question, et dont l'autre extrémité est recouverte par l'extrémité fermée du corps de brûleur, le cylindre droit étant percé d'une pluralité d'orifices traversants, dont le nombre et/ou les diamètres sont proportionnels au diamètre du disque, lesdits orifices étant destinés à permettre la propagation de la flamme de combustion du mélange dans l'ensemble du volume du corps de brûleur.According to another embodiment of this first embodiment of the invention, the shutter member may further comprise a right cylinder whose one end is covered by the disk in question, and the other end is covered by the closed end of the burner body, the right cylinder being pierced with a plurality of through holes, whose number and / or diameters are proportional to the diameter of the disc, said orifices being intended to allow the propagation of the combustion flame of the mixing in the entire volume of the burner body.
Une telle structure de l'élément obturateur permet de limiter fortement les turbulences dans la zone d'allumage du mélange ; la flamme de combustion du mélange pouvant ensuite se propager par les orifices dans tout le volume du corps de brûleur.Such a structure of the shutter member can greatly reduce turbulence in the ignition zone of the mixture; the combustion flame of the mixture can then propagate through the orifices throughout the volume of the burner body.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, l'élément obturateur peut être constitué d'un clapet disposé à l'extérieur du volume du corps de brûleur près de l'ouverture d'évacuation, la superficie du clapet correspondant sensiblement à la superficie interne du corps de brûleur, le clapet étant monté mobile sous l'action d'un organe tel qu'un vérin. Un clapet ainsi positionné et dimensionné permet également de limiter les turbulences des gaz d'échappement dans le corps de brûleur.According to a second embodiment of the invention, the shutter member may consist of a valve disposed outside the volume of the burner body near the discharge opening, the valve surface corresponding substantially to the internal surface of the burner body, the valve being movably mounted under the action of a member such as a cylinder. A valve thus positioned and dimensioned also limits the turbulence of the exhaust gas in the burner body.
En pratique, le brûleur peut en outre comprendre deux canalisations concentriques, l'une pour l'adduction de combustible et l'autre pour l'adduction de comburant, les canalisations étant disposées en amont du conduit.In practice, the burner may further comprise two concentric pipes, one for the supply of fuel and the other for the adduction of oxidant, the pipes being disposed upstream of the conduit.
Cette disposition relative de ces deux canalisations est de nature à favoriser le mélange du combustible avec le comburant.This relative provision of these two pipes is likely to promote the mixing of the fuel with the oxidizer.
Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, le conduit d'adduction du mélange peut être constitué d'un tuyau s'étendant le long des parois latérales à l'intérieur du corps du brûleur et parallèlement à l'axe de révolution, le tuyau présentant une extrémité coudée à angle droit.According to a particular embodiment of the invention, the adduction duct of the mixture may consist of a pipe extending along the side walls inside the body of the burner and parallel to the axis of revolution, the pipe having an angled end at right angles.
En pratique, le brûleur peut en outre comprendre un deuxième moyen électrique d'allumage également positionné au sein du corps de brûleur, ces moyens électriques d'allumage étant constitués respectivement par une bougie de chauffage et par une bougie à arc électrique conventionnelles ou par au moins deux bougies de chauffage.In practice, the burner may further comprise a second electric ignition means also positioned within the burner body, these electric ignition means being respectively constituted by a conventional heating candle and a conventional electric arc candle or by minus two heating candles.
Ces bougies représentent un moyen peu onéreux et de montage simple pour l'allumage du mélange.These candles represent an inexpensive and simple mounting means for lighting the mixture.
Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, le brûleur peut comprendre un deuxième conduit d'adduction d'un mélange de combustible et de comburant débouchant dans le corps de brûleur selon une direction essentiellement tangentielle au corps de brûleur, de manière à pouvoir imprimer au mélange un mouvement tourbillonnant symétrique au sein du corps de brûleur.According to a particular embodiment of the invention, the burner may comprise a second conduit for supplying a mixture of fuel and oxidant opening into the burner body in a direction substantially tangential to the burner body, so as to be able to print a symmetrical swirling motion within the burner body.
Cela permet de répartir de façon uniforme le mélange dans la zone d'allumage.This makes it possible to evenly distribute the mixture in the ignition zone.
Selon une forme pratique de réalisation de l'invention, le brûleur peut en outre comprendre un dispositif de commande destiné à piloter les débits d'injection en combustible et en comburant en fonction des signaux délivrés par un capteur de température situé dans le corps de brûleur et par un capteur de pression indiquant la perte de charge due au colmatage par lesdites particules solides de ladite cartouche de filtration. Lorsque le brûleur est par exemple installé sur une ligne d'échappement d'un véhicule, cela permet de piloter son allumage et son extinction par l'intermédiaire de l'ordinateur de bord.According to a practical embodiment of the invention, the burner may further comprise a control device for controlling the fuel and oxidant injection flow rates as a function of the signals delivered by a temperature sensor located in the burner body. and by a pressure sensor indicating the pressure drop due to clogging by said solid particles of said filter cartridge. When the burner is for example installed on a vehicle exhaust line, it can control its ignition and shutdown via the on-board computer.
De manière pratique, le comburant peut être de l'air issu d'un organe turbocompresseur équipant le moteur.In practice, the oxidant may be air from a turbocharger unit equipping the engine.
Cela permet d'obtenir un débit d'air convenable et un mélange bien homogène avec une vitesse d'air élevée pour le mélange.This provides a proper air flow and a homogeneous mixture with a high air speed for mixing.
Selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention, un textile de céramique, sous forme de mat, de tissu ou de feutre, peut être disposé du côté de l'extrémité fermée du corps de brûleur et au contact d'au moins un moyen électrique d'allumage, ledit textile de céramique étant apte à capter et à concentrer ledit mélange de manière à favoriser son allumage.According to an advantageous embodiment of the invention, a ceramic textile, in the form of a mat, fabric or felt, can be arranged on the closed end side of the burner body and in contact with at least one means. electrical ignition, said ceramic textile being able to capture and concentrate said mixture so as to promote its ignition.
Selon une autre forme particulière de réalisation de l'invention, la paroi latérale définissant en partie le corps du brûleur est susceptible de comporter un ou plusieurs orifices traversants, débouchant au sein dudit corps au dessus de l'élément obturateur. Ces orifices traversants sont destinés à permettre l'introduction au sein du corps du brûleur d'une partie des gaz d'échappement, lorsque ceux-ci comportent encore une proportion importante d'oxygène non brûlé dans le moteur lui-même.According to another particular embodiment of the invention, the side wall defining in part the body of the burner may have one or more through holes, opening into said body above the shutter member. These through orifices are intended to allow the introduction into the body of the burner of a portion of the exhaust gas, when they still include a significant proportion of unburned oxygen in the engine itself.
Ce cas de figure se présente en général avec les moteurs diesels suralimentés, pour lesquels il n'est pas rare d'observer une proportion d'oxygène dans les gaz d'échappement supérieure à 10 %.This situation is generally encountered with supercharged diesel engines, for which it is not uncommon to observe a proportion of oxygen in the exhaust gas of greater than 10%.
On utilise alors dans un tel cas de figure l'énergie dégagée par la combustion de cet oxygène résiduel, permettant de fait de limiter la quantité de carburant nécessaire au fonctionnement du brûleur.In such a case, the energy released by the combustion of this residual oxygen is used, thereby making it possible to limit the quantity of fuel required for the operation of the burner.
Dans une variante de cette forme de réalisation, l'un au moins des orifices en question est susceptible de se prolonger au sein même du brûleur par une canalisation, dont l'extrémité est orientée en direction de l'élément obturateur, afin d'induire la concentration de la combustion en zone inférieure du brûleur, favorisant ainsi la flamme, et permettant en outre de réduire le tube de flamme, et donc les dimensions dudit brûleur. L'invention se rapporte à une ligne d'échappement de moteur à combustion interne, comprenant au moins un orifice d'entrée des gaz issus de la combustion interne, au moins une cartouche de filtration destinée à piéger les particules solides contenues dans ces gaz d'échappement et au moins un orifice d'échappement à l'atmosphère des gaz situé en aval de cette cartouche de filtration. Selon l'invention, cette ligne comprend au moins un brûleur tel qu'exposé ci-dessus.In a variant of this embodiment, at least one of the orifices in question is likely to extend within the burner itself by a pipe, the end of which is oriented in the direction of the shutter element, in order to induce the concentration of the combustion in the lower zone of the burner, thus favoring the flame, and also making it possible to reduce the flame tube, and therefore the dimensions of said burner. The invention relates to an exhaust line of an internal combustion engine, comprising at least one inlet for gases from internal combustion, at least one filter cartridge for trapping the solid particles contained in these gases. exhaust and at least one exhaust port to the atmosphere of the gases located downstream of this filter cartridge. According to the invention, this line comprises at least one burner as explained above.
Une ligne d'échappement ainsi équipée permet de régénérer sa cartouche de filtration en oxydant et/ou en brûlant les particules solides qui y sont retenues, et ce, quelle que soit la charge du moteur.An exhaust line thus equipped makes it possible to regenerate its filter cartridge by oxidizing and / or by burning the solid particles that are retained therein, whatever the engine load.
En pratique, le brûleur peut être disposé en amont de la cartouche de filtration, à l'intérieur ou à l'extérieur de la ligne d'échappement ou à proximité de la cartouche de filtration.In practice, the burner may be arranged upstream of the filter cartridge, inside or outside the exhaust line or near the filter cartridge.
Cette implantation dans le voisinage de la cartouche de filtration limite les pertes thermiques entre le brûleur et ladite cartouche. Cela permet donc de brûler complètement les particules solides avec une consommation minimale de gazole.This implantation in the vicinity of the filter cartridge limits heat losses between the burner and said cartridge. This allows to completely burn the solid particles with a minimum consumption of diesel.
Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, la ligne d'échappement peut comporter :According to a particular embodiment of the invention, the exhaust line may comprise:
" au moins deux cartouches de filtration, ledit brûleur étant logé entre les deux cartouches de filtration ;at least two filter cartridges, said burner being housed between the two filter cartridges;
" deux clapets permettant d'arrêter les flux de gaz d'échappement parvenant respectivement à chaque cartouche de filtration, de manière à brûler et/ou oxyder lesdites particules alternativement dans chaque cartouche de filtration."Two valves for stopping the flow of exhaust gas reaching respectively each filter cartridge, so as to burn and / or oxidize said particles alternately in each filter cartridge.
Une telle structure permet d'une part de minimiser la distance, donc les pertes thermiques et la consommation de gazole, entre le brûleur et les cartouches de filtration et, d'autre part, de régénérer le filtre à particules à tour de rôle, moitié par moitié.Such a structure makes it possible on the one hand to minimize the distance, therefore the heat losses and the consumption of diesel fuel, between the burner and the filter cartridges and, on the other hand, to regenerate the particulate filter in turn, half by half.
Selon une autre forme de réalisation de l'invention, la ligne d'échappement comporte un volet rabattable, propre à induire l'introduction d'une partie des gaz d'échappement dans le brûleur par le biais d'orifices traversants dont ce dernier peut être muni, et ainsi permettre la combustion de l'oxygène résiduel au sein dudit brûleur, susceptible d'être encore présent au sein desdits gaz d'échappement. Par ailleurs, l'invention concerne aussi un procédé de chauffage d'au moins une cartouche de filtration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à une température supérieure à la température d'oxydation et/ou à la température de combustion des particules solides piégées dans cette cartouche de filtration, au moyen d'un brûleur comprenant un corps de brûleur présentant une symétrie de révolution, ce corps de brûleur présentant une extrémité fermée et présentant du côté opposé à cette extrémité fermée une ouverture d'évacuation susceptible d'être reliée à une conduite d'évacuation des gaz d'échappement.According to another embodiment of the invention, the exhaust line comprises a folding flap, adapted to induce the introduction of a portion of the exhaust gas into the burner through through orifices which the latter can be provided, and thus allow the combustion of residual oxygen within said burner, may still be present within said exhaust gas. Furthermore, the invention also relates to a method for heating at least one exhaust gas filtration cartridge of an internal combustion engine at a temperature greater than the oxidation temperature and / or the combustion temperature. solid particles trapped in this filter cartridge, by means of a burner comprising a burner body having a symmetry of revolution, this burner body having a closed end and having on the opposite side to this closed end a discharge opening susceptible to be connected to an exhaust pipe.
Selon l'invention, ce procédé comprend les étapes consistant :According to the invention, this method comprises the steps of:
1 à injecter selon une direction essentiellement tangentielle au corps de brûleur, un mélange de combustible et de comburant, de manière à imprimer au mélange un mouvement tourbillonnant au sein du corps de brûleur ; " à alimenter en courant un moyen électrique d'allumage positionné au sein du corps de brûleur, de manière à allumer le mélange, le corps de brûleur comprenant un élément obturateur obstruant une partie substantielle du corps de brûleur de manière à limiter les turbulences susceptibles d'être engendrées par les gaz d'échappement sur les écoulements de fluides au sein du volume du corps de brûleur délimité par l'élément obturateur ; 1 to inject in a direction substantially tangential to the burner body, a mixture of fuel and oxidant, so as to print the mixture a swirling motion within the burner body; "supplying current to an electric ignition means positioned within the burner body, so as to ignite the mixture, the burner body comprising a shutter member obstructing a substantial portion of the burner body so as to limit the turbulence likely to be generated by the exhaust gases on the flows of fluids within the volume of the burner body defined by the shutter member;
1 à interrompre l'injection de mélange après que la température au sein du corps de brûleur a dépassé un seuil déterminé de manière à dépasser cette température d'oxydation et/ou cette température de combustion au niveau du médium de filtration pendant une durée fonction de paramètres tels que la charge supportée par le moteur et la perte de charge due au colmatage du médium filtrant par ces particules solides. 1 to interrupt the injection of mixture after the temperature within the burner body has exceeded a determined threshold so as to exceed this oxidation temperature and / or this combustion temperature at the level of the filtration medium for a period of time. parameters such as the load supported by the engine and the pressure drop due to clogging of the filter medium by these solid particles.
En d'autres termes, le procédé objet de la présente invention permet d'allumer le mélange dans le brûleur quels que soient les écoulements des gaz d'échappement, car des moyens y limitent leurs turbulences à un niveau compatible avec l'allumage du mélange, injecté de manière propice à l'allumage. Cela permet d'allumer aisément le mélange dans une zone protégée des turbulences, délimitée par l'élément obturateur.In other words, the method that is the subject of the present invention makes it possible to ignite the mixture in the burner, whatever the exhaust gas flows, because means therein limit their turbulence to a level compatible with the ignition of the mixture. , injected in a manner conducive to ignition. This makes it possible to easily ignite the mixture in an area protected from turbulence, delimited by the shutter element.
Puis, la combustion du mélange peut se dérouler dans tout le volume du corps de brûleur produisant ainsi des gaz à température élevée susceptibles d'échauffer une cartouche de filtration jusqu'à y brûler complètement les particules solides. En pratique, le combustible et le comburant peuvent être mélangés selon des proportions stoechiométriques.Then, the combustion of the mixture can take place in the entire volume of the burner body thus producing high temperature gases capable of heating a filter cartridge to completely burn the solid particles. In practice, the fuel and the oxidant can be mixed in stoichiometric proportions.
Par ailleurs, l'invention concerne aussi une machine à régénérer les cartouches de filtration de filtres à particules comportant un brûleur tel qu'exposé ci-dessus et un emplacement destiné à recevoir au moins une cartouche de filtration à régénérer.Furthermore, the invention also relates to a machine for regenerating the particle filter filtration cartridges comprising a burner as described above and a location for receiving at least one filter cartridge to be regenerated.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
La présente invention et ses avantages ressortiront aussi de la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins qui représentent, de façon nullement limitative, des exemples de réalisation de l'invention et dans lesquels : 1 la figure IA est une représentation schématique en section d'une ligne d'échappement équipée d'un brûleur conforme à l'invention ; " la figure IB est une représentation schématique en section d'une ligne d'échappement équipée d'un brûleur conforme à l'invention, selon une alternative à la figure IA quant à l'implantation du brûleur ; " la figure 2A est une représentation schématique en deux coupes d'un brûleur conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; " la figure 2B est une représentation schématique en deux coupes d'un brûleur illustrant une variante du premier mode de réalisation de l'invention ; " la figure 3 est une représentation schématique en deux coupes d'un brûleur conforme à une autre forme de réalisation du premier mode de réalisation de l'invention ; " la figure 4 est une représentation schématique en deux coupes illustrant une autre variante à la forme de réalisation illustrée par la figure 3 ; 1 la figure 5A est une représentation schématique en deux coupes illustrant une autre variante à la forme de réalisation illustrée par la figure 3, dans laquelle le brûleur comporte deux bougies de chauffage et un textile de céramique ; " la figure 5B est une représentation schématique en deux coupes illustrant une autre variante à la forme de réalisation de l'invention illustrée par la figure 3, dans laquelle le brûleur est muni d'une bougie à arc électrique du même type que celle utilisée sur les moteurs à allumage commandé ;The present invention and its advantages as will become apparent from reading the following description, made with reference to drawings which illustrate, without implying any limitation, embodiments of the invention and wherein: FIG 1 IA is a schematic representation in section of an exhaust line equipped with a burner according to the invention; FIG IB is a schematic sectional representation of an exhaust line equipped with a burner according to the invention, according to an alternative to Figure IA as to the implantation of the burner; FIG 2A is a representation schematic in two sections of a burner according to a first embodiment of the invention; 2B is a diagrammatic representation in two sections of a burner illustrating a variant of the first embodiment of the invention; FIG. 3 is a diagrammatic representation in two sections of a burner according to another embodiment; of the first embodiment of the invention; "Figure 4 is a schematic representation in two sections showing another alternative to the embodiment illustrated by Figure 3; 1 5A is a schematic representation in two sections showing another alternative to the embodiment illustrated in Figure 3, in which the burner comprises two heating plugs and a ceramic fabric; FIG. 5B is a schematic two-section representation illustrating another variant of the embodiment of the invention illustrated in FIG. 3, in which the burner is equipped with an electric arc spark plug of the same type as that used on spark ignition engines;
" la figure 6 est une représentation schématique en deux coupes illustrant une autre variante du premier mode de réalisation de l'invention illustré par les figures 2A et 2B. Dans cette variante, le corps de brûleur est recouvert, au moins partiellement, d'un matériau thermiquement isolant ; 1 la figure 7 est une représentation schématique en section d'un brûleur conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention ;FIG 6 is a diagrammatic representation in two sections illustrating another variant of the first embodiment of the invention illustrated by FIGS 2A and 2B.In this variant, the burner body is covered, at least partially, with a thermally insulating material; 1 Figure 7 is a sectional schematic representation of a burner according to a second embodiment of the invention;
1 la figure 8 est une représentation schématique en section d'un brûleur conforme à l'invention monté sur une ligne d'échappement d'un moteur, le brûleur étant suralimenté par turbocompresseur ; 1 8 is a schematic representation in section of a burner according to the invention mounted on an exhaust line of an engine, the burner being supercharged by the turbocharger;
" la figure 9 est une représentation schématique en section d'une alternative à la figure 8 pour l'alimentation en air comprimé d'un brûleur conforme à l'invention ;FIG. 9 is a diagrammatic representation in section of an alternative to FIG. 8 for supplying compressed air to a burner according to the invention;
1 la figure 10 est une représentation schématique en section d'un brûleur conforme à l'invention équipant un dispositif de filtration ; 1 Figure 10 is a schematic representation in section of a burner according to the invention fitted to a filter device;
1 la figure 11 est une représentation schématique en section d'une machine à régénérer les filtres à particules indépendamment de la ligne d'échappement d'un moteur ; 1 Figure 11 is a diagrammatic section of a machine to regenerate the particulate filter independently of an engine exhaust line;
" la figure 12 est une représentation schématique en section d'une autre forme de réalisation d'une ligne d'échappement conforme à l'invention.FIG. 12 is a diagrammatic representation in section of another embodiment of an exhaust line according to the invention.
" la figure 13 A est une représentation schématique en section longitudinale du brûleur mis en oeuvre au sein de la ligne de la figure 12 ; " la figure 13 B est une représentation schématique en section transversale du brûleur mis en oeuvre au sein de la ligne de la figure 12.13A is a diagrammatic representation in longitudinal section of the burner implemented within the line of FIG. 12; FIG. 13B is a diagrammatic cross-sectional representation of the burner used in the line of FIG. Figure 12.
MODES DE RÉALISATION DE L'INVENTIONMODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Dans les lignes d'échappement illustrées par les figures IA et IB, les gaz d'échappement provenant du moteur diesel arrivent dans le dispositif de filtration par une entrée 1, à une température qui peut être comprise entre 8O0C au ralenti et 4000C en charge. De telles lignes d'échappement sont équipées chacune d'un catalyseur 4, suivi d'une cartouche de filtration 5, en amont desquels est monté un brûleur conforme à l'invention.In the exhaust lines illustrated in FIGS. 1A and 1B, the exhaust gases from the diesel engine arrive in the filtration device via an inlet 1, at a temperature which can be between 80 ° C. at idle and 400 ° C. C in charge. Such exhaust lines are each equipped with a catalyst 4, followed by a filter cartridge 5, upstream of which is mounted a burner according to the invention.
En l'occurrence, le brûleur présente un corps de brûleur 2 à symétrie de révolution comportant, conformément à une caractéristique de l'invention, un élément obturateur 3 positionné au sein du corps de brûleur 2.In this case, the burner has a symmetrical body of burner 2 having, according to a feature of the invention, a shutter member 3 positioned within the burner body 2.
Un conduit 7 d'adduction de mélange de combustible et de comburant débouche tangentiellement dans le corps de brûleur 2, de manière à y amener du gazole ou autre combustible, conduit dans le conduit 7 par un capillaire 6, lui-même alimenté par un injecteur 61. Il est en effet prévu des moyens (non représentés) pour communiquer au comburant et au combustible une quantité de mouvement appropriée pour imprimer au mélange un mouvement tourbillonnant dans le corps de brûleur 2. Typiquement, la vitesse d'injection du mélange dans le corps de brûleur 2 peut atteindre 300 m/s. Par « tangentiellement », on entend tangentiellement à une section circulaire du corps de brûleur 2 transversalement à l'axe de révolution du brûleur.A pipe 7 for supplying fuel and oxidant mixture opens tangentially into the burner body 2, so as to bring there gas oil or other fuel, conducted in the conduit 7 by a capillary 6, itself fed by an injector 61. Means (not shown) are provided for communicating to the oxidizer and fuel an appropriate amount of movement. to impress the mixture with a swirling motion in the burner body 2. Typically, the injection speed of the mixture in the burner body 2 can reach 300 m / s. By "tangentially" is meant tangentially to a circular section of the burner body 2 transversely to the axis of revolution of the burner.
Le corps de brûleur 2 présente par ailleurs une extrémité fermée par un socle et, du côté opposé à cette extrémité fermée, une ouverture d'évacuation reliée à la ligne d'échappement.The burner body 2 also has an end closed by a base and, on the opposite side to this closed end, an exhaust opening connected to the exhaust line.
Généralement, le combustible injecté dans le conduit 7 est du gazole provenant du même réservoir que celui du moteur à combustion interne du véhicule équipé de la ligne d'échappement. De même, le comburant est en général de l'oxygène contenu dans l'air injecté dans le conduit 7, par exemple à partir d'une source d'air du moteur. Conformément à une caractéristique de l'invention, le combustible et le comburant sont mélangés selon des proportions stoechiométriques.Generally, the fuel injected into the pipe 7 is diesel fuel from the same tank as that of the internal combustion engine of the vehicle equipped with the exhaust line. Similarly, the oxidant is usually oxygen contained in the air injected into the conduit 7, for example from a source of air from the engine. According to a characteristic of the invention, the fuel and the oxidant are mixed in stoichiometric proportions.
Néanmoins, d'autres combustibles et/ou comburants pourraient être mis en œuvre sans pour autant sortir du cadre de cette invention. Dans l'exemple de la figure 2, les canalisations 6, 7 amenant le gazole et l'air sont montées concentriquement. En outre, le conduit 7 présente une longueur déterminée de manière à permettre l'homogénéisation dudit mélange d'air et de gazole en amont de son raccordement sur le corps de brûleur 2. Ainsi, un mélange plus homogène est plus facile à allumer.Nevertheless, other fuels and / or oxidizers could be implemented without departing from the scope of this invention. In the example of Figure 2, the pipes 6, 7 bringing the diesel and the air are mounted concentrically. In addition, the duct 7 has a length determined so as to homogenize said mixture of air and diesel upstream of its connection to the burner body 2. Thus, a more homogeneous mixture is easier to ignite.
Le conduit 7 est donc alimenté en air pour former un mélange combustible d'air et de gazole, lequel débouche ensuite tangentiellement dans le brûleur par un orifice de raccordement 14. Le corps de brûleur 2 loge en outre moyen électrique d'allumage sous forme d'une bougie chauffante 8 pour provoquer l'allumage et la combustion de ce mélange d'air et de gazole, ainsi qu'un capteur de température 9, dont la mesure permet de contrôler le processus de combustion. La bougie chauffante 8 est ici du type à incandescence, c'est-à-dire du type de celles utilisées sur les chambres du moteur diesel à combustion interne. La bougie pourrait également être du type à résistance apparente, ce qui permet un contact direct du mélange carburé avec le filament porté à incandescence.The duct 7 is thus supplied with air to form a combustible mixture of air and diesel fuel, which then opens out tangentially into the burner via a connection orifice 14. The burner body 2 also houses an electric ignition means in the form of a a hot candle 8 to cause ignition and combustion of this mixture of air and diesel, and a temperature sensor 9, the measurement of which controls the combustion process. The glow plug 8 is here of the incandescent type, that is to say of the type used on the chambers of the internal combustion diesel engine. The spark plug could also be of the apparent resistance type, which allows a direct contact of the fuel mixture with the incandescent filament.
En pratique, pour économiser la batterie du véhicule, il est possible d'interrompre l'alimentation en courant de la bougie lorsque la flamme est suffisamment chaude et « vaillante » pour brûler le mélange injecté par la suite. En pratique, l'instant d'interruption est défini par un seuil de température au sein du corps de brûleur. Ensuite, l'injection de mélange, donc la combustion, est maintenue pendant une durée prédéterminée de façon à ce que la cartouche de filtration 5 dépasse la température d'oxydation et/ou de combustion des particules solides.In practice, to save the battery of the vehicle, it is possible to interrupt the power supply of the candle when the flame is sufficiently hot and "valiant" to burn the injected mixture thereafter. In practice, the interruption time is defined by a temperature threshold within the burner body. Then, the injection of mixture, and thus the combustion, is maintained for a predetermined period of time so that the filtration cartridge 5 exceeds the oxidation and / or combustion temperature of the solid particles.
Par ailleurs, il est possible d'incliner légèrement le conduit 7 vers l'extrémité fermée du corps de brûleur 2 (vers le bas sur les figures 2 à 6), de manière à guider davantage le mélange vers la bougie 8.On the other hand, it is possible to slightly incline the duct 7 towards the closed end of the burner body 2 (downwards in FIGS. 2 to 6), so as to further guide the mixture towards the spark plug 8.
L'ensemble du dispositif est piloté par un dispositif de commande ou calculateur 10 qui, à partir des mesures effectuées par un capteur de pression 11 et par les capteurs de températures 9 et 12, commande le démarrage du brûleur pour effectuer la phase de régénération, puis règle la puissance du brûleur de façon à parachever l'opération de régénération. Les gaz d'échappement sont évacués par une tubulure 13.The entire device is controlled by a control device or computer 10 which, from measurements made by a pressure sensor 11 and by the temperature sensors 9 and 12, controls the start of the burner to perform the regeneration phase, then adjusts the burner output to complete the regeneration operation. The exhaust gases are discharged through a pipe 13.
En l'occurrence, l'allumage du brûleur par le calculateur 10 comporte les phases consistant :In this case, the ignition of the burner by the computer 10 comprises the phases consisting of:
" à alimenter électriquement la bougie chauffante 8 ;"to electrically power the hot candle 8;
1 à injecter dans le corps de brûleur 2 un débit d'air contrôlé via le conduit tubulaire 7 ; 1 to inject into the burner body 2 a controlled air flow via the tubular duct 7;
1 après un temps prédéterminé, correspondant sensiblement au temps nécessaire pour que la bougie chauffante 8 atteigne une température comprise entre 6000C et 8000C, à procéder, sous la commande du calculateur 10, à des micro-injections de gazole au moyen de l'injecteur 61 à travers un capillaire 6 débouchant dans le conduit de mélange 7, et ce, jusqu'à allumage d'une flamme dans le corps de brûleur 2, c'est-à-dire jusqu'à ce que le capteur de température 9 détecte un échauffement significatif dans l'enceinte du brûleur ; 1 after a predetermined time, corresponding substantially to the time required for the heating candle 8 to reach a temperature of between 600 ° C. and 800 ° C., to carry out, under the control of the computer 10, microinjections of diesel fuel by means of the injector 61 through a capillary 6 opening into the mixing pipe 7, and until ignition of a flame in the burner body 2, that is to say until the sensor of temperature 9 detects a significant heating in the burner enclosure;
" à augmenter alors simultanément le débit de gazole et le débit d'air commandés par le calculateur 10, en quantités et dans des proportions telles que la température des gaz d'échappement, mesurée par le capteur de température 12 au niveau de l'entrée de la cartouche de filtration, demeure inférieure à 6000C, température supportable par le catalyseur 4 et par la cartouche de filtration 5, cette température étant contrôlée par le calculateur 10, lequel dispose par ailleurs d'informations sur les conditions de fonctionnement du moteur ; " à arrêter la combustion dans le brûleur par une commande du calculateur 10, en fonction de la durée de fonctionnement, de la mesure du colmatage de la cartouche de filtration 5 par le capteur de pression 11 et/ou de la température mesurée en aval du dispositif de filtration 4,5 vers la tubulure d'échappement 13. Conformément à l'un de ses objectifs, l'invention vise à assurer un fonctionnement et surtout un démarrage corrects du brûleur, quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur. En particulier, le brûleur objet de l'invention permet d'allumer le mélange malgré un moteur à pleine puissance, c'est- à-dire lorsqu'il règne dans le brûleur des conditions de turbulence fluidique extrême, puisque les gaz d'échappement circulent alors dans la ligne d'échappement à vitesse et à débit élevés.to then simultaneously increase the diesel flow rate and the air flow rate controlled by the computer 10, in quantities and in such proportions as the temperature of the exhaust gas, measured by the temperature sensor 12 at the level of the inlet the filter cartridge, remains below 600 0 C, temperature supportable by the catalyst 4 and the filter cartridge 5, this temperature being controlled by the computer 10, which also has information on the operating conditions of the engine to stop the combustion in the burner by a control of the computer 10, as a function of the operating time, of the measurement of the clogging of the filtration cartridge 5 by the pressure sensor 11 and / or the temperature measured downstream from the filtration device 4,5 to the exhaust pipe 13. According to one of its objectives, the invention aims to ensure proper operation and above all a correct start of the burner, whatever the operating conditions of the engine. In particular, the burner which is the subject of the invention makes it possible to ignite the mixture despite a motor at full power, ie when the conditions of extreme fluidic turbulence prevail in the burner, since the exhaust gases then circulate in the exhaust line at high speed and high speed.
Pour cela, l'intérieur du corps du brûleur 2 présente un élément obturateur 3 disposé sensiblement horizontalement sur les figures IA et IB. L'élément obturateur 3 est situé dans un plan situé à un niveau inférieur à l'orifice 14 de raccordement du conduit 7 sur le brûleur 2. Conformément à une forme de réalisation de l'invention, l'élément obturateur 3 comporte un disque présentant un diamètre légèrement inférieur au diamètre interne du corps de brûleur 2, et positionné perpendiculairement à l'axe de révolution, du côté de l'extrémité fermée du corps de brûleur 2. De plus, ce disque est percé de plusieurs trous (ici deux, et de 1 à 10 environ suivant le diamètre du brûleur). Dans l'exemple des figures, le diamètre de chacun des trous est de 7 mm. De manière générale, on peut choisir le nombre et les diamètres des trous en proportion des dimensions du corps de brûleur 2.For this, the inside of the body of the burner 2 has a shutter member 3 arranged substantially horizontally in Figures IA and IB. The shutter element 3 is located in a plane situated at a level below the orifice 14 for connecting the duct 7 to the burner 2. According to one embodiment of the invention, the shutter element 3 comprises a disc presenting a diameter slightly smaller than the internal diameter of the burner body 2, and positioned perpendicularly to the axis of revolution, on the closed end side of the burner body 2. In addition, this disc is pierced with several holes (here two, and about 1 to 10 depending on the diameter of the burner). In the example of the figures, the diameter of each of the holes is 7 mm. In general, it is possible to choose the number and the diameters of the holes in proportion to the dimensions of the burner body 2.
L'élément obturateur 3 remplit deux fonctions contribuant à l'objectif précité. Tout d'abord, il obstrue une partie substantielle du corps de brûleur 2 de manière à ménager une cavité 15 sous sa surface dans laquelle règne une turbulence contrôlée, en « brisant » les flux de gaz d'échappement.The shutter element 3 fulfills two functions contributing to the aforementioned objective. First, it obstructs a substantial portion of the burner body 2 so as to provide a cavity 15 under its surface in which a controlled turbulence reigns, by "breaking" the exhaust gas streams.
Deuxièmement, il permet « d'accrocher » et de stabiliser la flamme au cours du fonctionnement, c'est-à-dire de la combustion du mélange d'air et de gazole. Le verbe « accrocher » traduit le phénomène par lequel la flamme se concentre et se stabilise autour de cet élément obturateur 3, avant de se propager vers le reste du corps de brûleur 2 par l'intermédiaire des trous du disque. Une fois que la flamme s'est durablement établie dans tout le corps de brûleur 2, la température peut y dépasser 10000C pour atteindre typiquement 13000C à 14000C.Second, it allows "to hang" and stabilize the flame during operation, that is to say, the combustion of the mixture of air and diesel. The verb "hang" reflects the phenomenon by which the flame is concentrated and stabilizes around this shutter member 3, before spreading to the rest of the burner body 2 through the holes of the disc. Once the flame is permanently established throughout the burner body 2, the temperature can exceed 1000 ° C. to typically reach 1300 0 C to 1400 0 C.
De plus, l'élément obturateur 3 définit une cavité 15 dans laquelle on peut loger la bougie chauffante 8 destinée à l'allumage, tout au moins sa partie active, comme l'illustre la figure IA, ainsi que le capteur de température 9, comme le montrent les figures 2A, 2B, 6 ou 7. La bougie 8 est ainsi positionnée du côté de l'extrémité fermée du corps de brûleur 2, à une distance déterminée de l'ouverture du conduit 7 de façon à allumer le mélange.In addition, the shutter element 3 defines a cavity 15 in which the ignition candle 8 for ignition can be housed, at least its active part, as shown in FIG. 1A, as well as the temperature sensor 9, as shown in FIGS. 2A, 2B, 6 or 7. The spark plug 8 is thus positioned on the end closed of the burner body 2, at a determined distance from the opening of the duct 7 so as to ignite the mixture.
Dans l'exemple des figures, le capteur de température 9 est positionné dans le corps du brûleur à proximité de l'élément obturateur 3, de façon à détecter l'allumage du mélange, puis à ajuster la richesse de celui-ci pour optimiser la température et la durée de combustion des particules solides retenues dans la cartouche de filtration 5.In the example of the figures, the temperature sensor 9 is positioned in the body of the burner near the shutter member 3, so as to detect the ignition of the mixture and then adjust the richness thereof to optimize the temperature and burning time of the solid particles retained in the filter cartridge 5.
Dans l'exemple décrit ici, des résultats très satisfaisants ont ainsi été obtenus en disposant le capteur de température 9 dépassant par rapport à l'extérieur du élément obturateur 3 et à l'opposé du point de raccordement du conduit 7 dans le brûleur 2.In the example described here, very satisfactory results have thus been obtained by placing the temperature sensor 9 protruding with respect to the outside of the shutter element 3 and away from the connection point of the duct 7 in the burner 2.
Un tel positionnement permet en effet d'obtenir une température de flamme dépendant de la richesse du mélange lorsque le brûleur est « en régime permanent ».Such positioning makes it possible to obtain a flame temperature depending on the richness of the mixture when the burner is "in steady state".
A titre d'exemple non limitatif, un fonctionnement satisfaisant du brûleur avec un allumage performant a été obtenu avec un brûleur présentant les dimensions suivantes : un brûleur 2 cylindrique de 60 mm de diamètre interne alimenté en air par un tube tangentiel rectiligne 7 de 8 mm de diamètre interne, recevant un capillaire 6 de 1 mm de diamètre interne autorisant un débit maximal de gazole de 150 cm3/min, ce qui représente une puissance de l'ordre de 85 kW. La partie du brûleur 2 située au- dessus de l'élément obturateur 3 présente une longueur de 150 mm. L'élément obturateur 3 est situé à 5 mm sous le raccordement du conduit 7 dans le brûleur 2 ; il présente un diamètre de 59 mm et il est percé de deux trous de 8 mm de diamètre. La surface de l'élément obturateur 3 délimite, avec le fond du brûleur 2, une cavité 15 présentant une hauteur de 25 mm. Dans le présent exposé, le terme « cylindre » est employé dans son acception commune, et il désigne donc un cylindre droit à base circulaire.By way of non-limiting example, a satisfactory operation of the burner with an efficient ignition has been obtained with a burner having the following dimensions: a cylindrical burner 2 of 60 mm internal diameter supplied with air by a rectilinear tangential tube 7 of 8 mm of internal diameter, receiving a capillary 6 with a 1 mm internal diameter allowing a maximum gas oil flow of 150 cm 3 / min, which represents a power of the order of 85 kW. The part of the burner 2 situated above the shutter element 3 has a length of 150 mm. The shutter element 3 is located 5 mm below the connection of the duct 7 in the burner 2; it has a diameter of 59 mm and is pierced with two holes 8 mm in diameter. The surface of the shutter element 3 delimits, with the bottom of the burner 2, a cavity 15 having a height of 25 mm. In this discussion, the term "cylinder" is used in its common sense, and so it refers to a straight cylinder with a circular base.
Dés que le brûleur atteint son régime permanent, le débit d'air est ajusté par le calculateur 10 de manière à maintenir la flamme à l'intérieur du cylindre défini par le corps de brûleur 2. Les fortes turbulences et le niveau élevé de température régnant à l'intérieur du brûleur favorisent une combustion rapide se produisant sur une dizaine centimètres à l'intérieur de ce cylindre.As soon as the burner reaches its steady state, the air flow is adjusted by the computer 10 so as to maintain the flame inside the cylinder defined by the burner body 2. The high turbulence and the high temperature level prevailing inside the burner promote rapid combustion occurring on about ten centimeters inside this cylinder.
Sur la figure IB est représentée une variante où le brûleur est disposé directement à l'intérieur de la ligne d'échappement. Une telle implantation du brûleur permet d'en récupérer intégralement toute la chaleur dégagée au cours de la combustion du mélange amené par le conduit 7. Avec un brûleur présentant la structure représentée sur les figures 2 A et 2B, analogue à celui décrit en relation avec les figures 1, le brûleur 2 peut être disposé horizontalement comme illustré. Néanmoins, il peut aussi être disposé verticalement, auquel cas il est indispensable de disposer la bougie d'allumage 8 sur le fond du corps de brûleur 2 pour obtenir un bon allumage. Sur les figures 2A et 2B, l'orifice 14 représente le raccordement du conduit 7 dans le brûleur 2, en l'occurrence une intersection entre deux cylindres de diamètres différents.In Figure IB is shown a variant where the burner is disposed directly inside the exhaust line. Such implantation of the burner makes it possible to fully recover all the heat released during the combustion of the mixture brought by the pipe 7. With a burner having the structure shown in Figures 2A and 2B, similar to that described in connection with Figures 1, the burner 2 can be arranged horizontally as illustrated. Nevertheless, it can also be arranged vertically, in which case it is essential to have the spark plug 8 on the bottom of the burner body 2 to obtain a good ignition. In FIGS. 2A and 2B, the orifice 14 represents the connection of the duct 7 in the burner 2, in this case an intersection between two cylinders of different diameters.
Sur la figure 2B est représentée une variante dans laquelle une partie du carburant est directement injecté, durant la phase d'allumage, à travers une bougie chauffante débouchant dans la cavité 15. Cette bougie peut être du même type que celle utilisé dans les brûleurs additionnels de circuit de chauffage d'automobile. Une telle injection permet de contrôler la richesse du mélange est de le répartir au sein de la cavité définie par l'élément obturateur 3.FIG. 2B shows a variant in which a part of the fuel is directly injected, during the ignition phase, through a heating candle opening into the cavity 15. This candle can be of the same type as that used in the additional burners of automobile heating circuit. Such an injection makes it possible to control the richness of the mixture and to distribute it within the cavity defined by the shutter element 3.
Pour un brûleur fonctionnant verticalement, on peut envisager une structure telle que celle représentée sur les figures 3, 4 et 5. Cette structure est analogue à celles illustrées par les figures 1, 2A et 2B. Elle présente cependant la particularité d'avoir un élément obturateur-« accrocheur » de flamme 3, composé d'un tube cylindrique non débouchant perforé latéralement, dont l'extrémité supérieure est en fait recouverte par un disque plein. De plus, l'enceinte définie par ce tube loge au moins une bougie de chauffe 8, centrée ou non sur le socle du brûleur 2.For a burner operating vertically, a structure such as that shown in FIGS. 3, 4 and 5 can be envisaged. This structure is similar to those illustrated in FIGS. 1, 2A and 2B. However, it has the particularity of having a shutter element "catchy" flame 3, consisting of a non-emerging cylindrical tube perforated laterally, whose upper end is actually covered by a solid disc. In addition, the enclosure defined by this tube houses at least one heating plug 8, centered or not on the base of the burner 2.
L'élément obturateur 3 est ici constitué d'un tube en acier inoxydable de 1,5 mm d'épaisseur et de 35 mm de diamètre interne, recouvert d'un disque plein. Le tube peut être bouché à son extrémité inférieure par le socle du brûleur. La surface cylindrique, ou latérale de l'élément obturateur 3 est percée de quatre trous de 8 mm de diamètre disposés deux à deux en regard et à deux hauteurs différentes. Ces trous permettent à la flamme de se propager dans tout le corps de brûleur 2.The shutter element 3 here consists of a stainless steel tube 1.5 mm thick and 35 mm internal diameter, covered with a solid disc. The tube can be plugged at its lower end by the base of the burner. The cylindrical surface, or side of the shutter member 3 is pierced with four holes 8 mm in diameter arranged in pairs opposite and at two different heights. These holes allow the flame to propagate throughout the burner body 2.
D'autres géométries sont possibles pour les composants du brûleur, sans pour autant sortir du cadre de cette invention. Ainsi, des résultats similaires à ceux précédemment indiqués ont été obtenus en utilisant un parallélépipède à section carrée de 34 mm x 34 mm, centré sur l'axe de révolution du corps de brûleur 2, également bouché à ses extrémités et présentant seulement deux trous de 8 mm de diamètre percés mutuellement en regard. L'utilisation de ces enceintes de section circulaire et carrée conduit à des résultats similaires quant à la qualité de l'allumage. Ainsi, avec un brûleur de 60 mm de diamètre interne sur 170 mm de hauteur, disposé perpendiculairement sur la section d'entrée d'un filtre à particules d'un moteur « Renault Trucks Euro 2 MIDS 620*45 » de 270 CV, le brûleur peut être effectivement allumé depuis le régime de ralenti jusqu'au régime de puissance maximale, et ce, pour des températures de gaz d'échappement compris entre 8O0C et 4000C. La bougie chauffante utilisée est de marque BERU® comme celles qui équipent les moteurs Renault 1,9 DCI de 120 CV.Other geometries are possible for the components of the burner, without departing from the scope of this invention. Thus, results similar to those previously indicated were obtained using a parallelepiped with a square section of 34 mm × 34 mm, centered on the axis of revolution of the burner body 2, also plugged at its ends and having only two holes of 8 mm diameter drilled mutually opposite. The use of these enclosures of circular and square section leads to similar results as to the quality of the ignition. Thus, with a burner 60 mm in internal diameter by 170 mm in height, arranged perpendicularly on the inlet section of a particulate filter of a "Renault Trucks Euro 2 MIDS 620 * 45" engine of 270 hp, the burner can be effectively ignited from the idle speed up to the maximum power, and this, for exhaust gas temperatures between 80 ° C and 400 ° C. The hot candle used is BERU ® brand like those which equip the Renault 1.9 DCI 120 HP engines.
Par ailleurs, selon une autre forme de réalisation de l'invention, il est possible, pour réaliser la phase d'allumage, de monter plusieurs bougies de chauffage dans l'enceinte du brûleur, comme le montre la figure 5A. Les bougies supplémentaires peuvent être disposées à l'intérieur ou à l'extérieur de la cavité délimitée par l'élément obturateur 3.Furthermore, according to another embodiment of the invention, it is possible, to achieve the ignition phase, to mount several heating candles in the burner chamber, as shown in Figure 5A. The additional candles may be disposed inside or outside the cavity delimited by the shutter element 3.
De plus, la mise en place d'un textile de céramique 201, tissu, feutre ou mat près de, ou en contact avec la bougie de chauffage favorise la phase d'allumage du mélange, car il est apte à capter et à concentrer le mélange de gazole. Il peut être disposé comme représenté sur la figure 5A, c'est à dire logé entre la paroi du corps de brûleur 2 et la bougie de chauffage 8 au moins sur une partie de la circonférence latérale du corps de brûleur 2. De même, ce textile de céramique 201, pourrait être incorporé sur les brûleurs décrits en relation avec les figures 2A et 2BIn addition, the installation of a ceramic fabric 201, fabric, felt or mat near or in contact with the heating candle promotes the ignition phase of the mixture, because it is able to capture and concentrate the diesel mixture. It can be arranged as shown in FIG. 5A, ie housed between the wall of the burner body 2 and the heating plug 8 at least over part of the lateral circumference of the burner body 2. Likewise, 201 ceramic textile, could be incorporated on the burners described in connection with Figures 2A and 2B
II pourrait mettre être envisagé d'utiliser comme deuxième bougie une bougie conventionnelle à étincelle ou à arc électrique, du type de celles utilisées dans les moteurs à allumage commandé, disposée sensiblement comme la deuxième bougie 81 représentée sur la figure 5B.It could be considered to use as a second spark plug a conventional spark or electric spark plug, of the type used in spark ignition engines, disposed substantially like the second spark plug 81 shown in Figure 5B.
Pour des raisons d'encombrement, on peut par ailleurs réaliser l'adduction du mélange carburé à l'intérieur du brûleur 2 par un tube 16 raccordé sur le bord du fond du brûleur 2, comme le montre la figure 4. Un tel conduit d'adduction du mélange est constitué d'un tuyau 16 s'étendant le long des parois latérales à l'intérieur du corps du brûleur 2 et parallèlement à l'axe de révolution, le tuyau 16 présentant une extrémité coudée à angle droit débouchant tangentiellement au corps de brûleur 2. Un tel tuyau 16 comporte un orifice latéral 17, qui débouche tangentiellement au corps de brûleur 2 et permet d'envoyer le mélange carburé selon la direction D. Dans l'exemple de la figure 4, le brûleur présente les mêmes dimensions que précédemment. Ainsi, le tube 16 réalisé en acier inoxydable, a un diamètre interne de 8 mm avec un orifice de 4 mm de diamètre débouchant tangentiellement sur la paroi du brûleur 2. Un tel tuyau 16 permet de diminuer l'encombrement du brûleur, facilitant ainsi l'accessibilité et la fabrication du brûleur.For reasons of space, it is also possible to add fuel mixture inside the burner 2 by a tube 16 connected to the edge of the bottom of the burner 2, as shown in Figure 4. Such a duct adduction of the mixture consists of a pipe 16 extending along the side walls inside the body of the burner 2 and parallel to the axis of revolution, the pipe 16 having a bent end at right angles opening tangentially to the burner body 2. Such a pipe 16 has a lateral orifice 17, which opens tangentially to the burner body 2 and makes it possible to send the fuel mixture in the direction D. In the example of FIG. 4, the burner has the same dimensions than previously. Thus, the tube 16 made of stainless steel, has an internal diameter of 8 mm with a 4 mm diameter opening opening tangentially on the burner wall 2. Such a pipe 16 reduces the size of the burner, thus facilitating accessibility and manufacture of the burner.
Sur la figure 6 est représentée, conformément à une caractéristique de l'invention, une variante dans laquelle un revêtement thermiquement isolant 180 revêt le brûleur 2, de façon à conserver la chaleur produite par la flamme au sein du brûleur et à minimiser les échanges thermiques de la paroi du brûleur 2 avec l'extérieur. Ce revêtement peut être un métal réfractaire du type inconel ou une céramique telle que cordiérite, mullite, alumine etc. De plus, il est aussi possible d'utiliser un revêtement céramique 180 associé à un fourreau 181 en acier réfractaire de faible épaisseur, c'est-à-dire entre 0,5 mm et 1,5 mm, de manière à protéger la céramique des chocs thermiques. Une telle isolation thermique permet d'atteindre plus rapidement la température d'oxydation et/ou de combustion des particules solides dans la cartouche de filtration 5, tout en économisant le combustible injecté dans le brûleur.FIG. 6 shows, in accordance with a characteristic of the invention, a variant in which a thermally insulating coating 180 covers the burner 2, so as to conserve the heat produced by the flame within the burner and to minimize the heat exchange. of the burner wall 2 with the outside. This coating may be a refractory metal of the inconel type or a ceramic such as cordierite, mullite, alumina etc. In addition, it is also possible to use a ceramic coating 180 associated with a sheath 181 made of refractory steel of small thickness, that is to say between 0.5 mm and 1.5 mm, so as to protect the ceramic thermal shocks. Such thermal insulation makes it possible to more quickly reach the oxidation and / or combustion temperature of the solid particles in the filtration cartridge 5, while saving the fuel injected into the burner.
Ainsi, compte tenu de la rapidité de la combustion et du maintien à une température élevée des parois, il est possible de brûler toute sorte de combustible liquide voire solide, sans nécessairement apporter de fort excès d'air. L'utilisation d'un brûleur 2 plus long permet en effet d'allonger le temps de combustion du mélange pour parachever la combustion.Thus, given the rapidity of combustion and maintenance at a high temperature of the walls, it is possible to burn any kind of liquid or solid fuel, without necessarily bringing a large excess of air. The use of a longer burner 2 makes it possible to lengthen the combustion time of the mixture to complete the combustion.
Pour favoriser la combustion et l'allumage, un brûleur objet de l'invention peut trouver avantageusement application pour le séchage de céréale ou de végétaux, où l'air est généralement réchauffé par du gaz naturel. Dans ce cas, pour limiter ou annuler les émissions parasites, un revêtement catalytique peut avantageusement être déposé sur la paroi externe du brûleur 2. Un tel revêtement catalytique permet d'oxyder les dernières traces d'hydrocarbures et de monoxyde de carbone (CO). En outre, on peut disposer un catalyseur en sortie du brûleur, sous forme de nid d'abeille pour en augmenter la surface d'échange.To promote combustion and ignition, a burner object of the invention can advantageously find application for the drying of cereals or vegetables, where the air is generally heated by natural gas. In this case, to limit or cancel parasitic emissions, a catalytic coating may advantageously be deposited on the outer wall of the burner 2. Such a catalytic coating allows to oxidize the last traces of hydrocarbons and carbon monoxide (CO). In addition, it is possible to have a catalyst at the outlet of the burner, in the form of a honeycomb to increase the exchange surface.
Pour les applications présentant de très fortes turbulences, le brûleur objet de l'invention peut être équipé d'un élément obturateur sous forme d'un disque définissant un clapet 18, tel que représenté sur la figure 7. Conformément à l'invention, le clapet 18 commandé par un vérin 19 obstrue substantiellement le corps de brûleur 2, en l'occurrence l'orifice d'évacuation du brûleur, de façon à limiter la turbulence des écoulements gazeux dans le brûleur. Lors du démarrage, le vérin 19 commandant ce clapet 18 peut être simplement commandé par une dérivation de l'air d'alimentation du brûleur. Puis, lorsque la flamme est détectée par le capteur thermique 9, être placé en position libre, ou « au point mort », c'est-à-dire sans différence de pression entre ses chambres. Avantageusement, ce clapet 18 peut être associé à un élément obturateur 3, tel que décrit ci-dessus en relation avec les figures l à 6.For applications with very high turbulence, the burner object of the invention can be equipped with a shutter element in the form of a disc defining a valve 18, as shown in FIG. 7. In accordance with the invention, the valve 18 controlled by a jack 19 substantially obstructs the burner body 2, in this case the discharge orifice of the burner, so as to limit the turbulence of the gaseous flows in the burner. When starting, the cylinder 19 controlling the valve 18 can be simply controlled by a bypass of the air burner feed. Then, when the flame is detected by the thermal sensor 9, be placed in the free position, or "in neutral", that is to say without pressure difference between its chambers. Advantageously, this valve 18 may be associated with a shutter element 3, as described above in relation to FIGS. 1 to 6.
Par ailleurs, dans la forme de réalisation illustrée par la figure 7, le fond du brûleur 2 est en portion de sphère. Le capteur de température 9 est disposé, à l'instar de celui représenté sur les figures 2, sur le fond du brûleur 2. La bougie d'allumage 8 est quant à elle disposée sur le côté ou au centre selon que le brûleur est destiné à fonctionner horizontalement ou verticalement.Furthermore, in the embodiment illustrated in Figure 7, the bottom of the burner 2 is in sphere portion. The temperature sensor 9 is arranged, like that shown in Figures 2, on the bottom of the burner 2. The spark plug 8 is arranged on the side or the center depending on whether the burner is intended to operate horizontally or vertically.
Par ailleurs, il est nécessaire de prévoir une source d'air comprimé pour alimenter les brûleurs montés sur les lignes d'échappement des moteurs de bus, de poids lourds et autre moteurs diesel de forte puissance. Pour cela, dans toutes les conditions de fonctionnement, on peut employer de l'air stocké à environ 10 bar dans le réservoir destiné à alimenter les accessoires du véhicule.In addition, it is necessary to provide a source of compressed air to power the burners mounted on the exhaust lines of the bus engines, trucks and other high-power diesel engines. For this, in all operating conditions, air can be used stored at about 10 bar in the tank for supplying the vehicle accessories.
Lorsqu'une telle source d'air comprimé n'est pas disponible, on peut prévoir de monter un surpresseur voire même d'utiliser l'air du circuit de suralimentation du moteur, comme cela est illustré par les figure 8 et 9. Ainsi, l'air comprimé est prélevé dans un turbocompresseur 20 au niveau de l'admission du moteur au moyen d'un conduit de dérivation 21, apte à dériver le débit d'air nécessaire à l'alimentation du brûleur. Un régulateur 22 contrôle le débit d'air dans ce conduit de dérivation 21 de manière à réguler, sous la commande du calculateur 10, la quantité d'air entrant dans le dispositif de filtration.When such a source of compressed air is not available, it is possible to mount a booster or even to use the air of the booster circuit of the engine, as shown in Figures 8 and 9. Thus, compressed air is taken from a turbocharger 20 at the engine inlet by means of a bypass duct 21, able to derive the air flow necessary for the supply of the burner. A regulator 22 controls the air flow in this bypass duct 21 so as to regulate, under the control of the computer 10, the amount of air entering the filtration device.
En variante, comme le montre la figure 9, on peut disposer un réservoir d'air comprimé 23 pour alimenter, encore par l'intermédiaire d'une dérivation 21 provenant du turbocompresseur et d'un clapet anti-retour 24. Le débit d'alimentation du brûleur est également ajusté par le régulateur de débit 22, qui peut par exemple être constitué par une vanne à ouverture variable. Pour augmenter le débit d'air par utilisation de l'air de suralimentation, il est également possible d'utiliser une petite machine turbo soufflante disposée entre le réservoir d'air comprimé 23 et le régulateur de débit 22, pour augmenter le débit et la pression disponible dans le conduit de dérivation 21. La machine turbo soufflante peut par exemple être constituée d'une pompe à palettes, alimentée électriquement et générant une différence de pression de 400 mbar. Par ailleurs, de nombreux moteurs diesel sont équipés en série d'un catalyseur destiné à réduire les émissions d'hydrocarbures et de monoxyde de carbone (CO), de manière à respecter les normes d'émissions. Alternativement, les moteurs diesel, tels que ceux conformes à la norme dite EURO 4, peuvent être équipés d'un système de réduction des oxydes d'azote dit « SCR » incorporant un catalyseur de dénitrification dit « DéNox », apte à réduire, d'une part, les oxydes d'azotes (NOx) au moyen d'injection d'urée, outre l'emploi d'un catalyseur d'oxydation pour réduire les éventuels excès d'urée, et, d'autre part, les émissions d'hydrocarbures et de monoxyde de carbone (CO) restant des gaz d'échappement. Un dispositif de filtration comportant seulement un brûleur conforme à la présente invention permet donc, dans de telles applications, de proposer un ensemble sans catalyseur d'oxydation, simple et économique.Alternatively, as shown in FIG. 9, it is possible to have a compressed air reservoir 23 to supply, again via a bypass 21 coming from the turbocharger and a non-return valve 24. The flow rate The burner feed is also adjusted by the flow regulator 22, which may for example be constituted by a variable opening valve. To increase the air flow by using the charge air, it is also possible to use a small turbo blower machine arranged between the compressed air reservoir 23 and the flow regulator 22, to increase the flow rate and the pressure. Available pressure in the bypass duct 21. The turbo blower machine may for example consist of a vane pump, electrically powered and generating a pressure difference of 400 mbar. In addition, many diesel engines are equipped as standard with a catalyst to reduce hydrocarbon and carbon monoxide (CO) emissions to meet emission standards. Alternatively, diesel engines, such as those conforming to the so-called EURO 4 standard, may be equipped with a nitrogen oxide reduction system called "SCR" incorporating a denitrification catalyst called "DéNox", capable of reducing, on the one hand, nitrogen oxides (NOx) by means of urea injection, in addition to the use of an oxidation catalyst to reduce the possible excess of urea, and on the other hand, the emissions hydrocarbons and carbon monoxide (CO) remaining exhaust gases. A filtration device comprising only a burner according to the present invention therefore makes it possible, in such applications, to provide a set without oxidation catalyst, simple and economical.
Ainsi, le brûleur illustré par la figure 10 est disposé entre deux cartouches de filtration 5 comprenant chacune une cartouche filtrante conventionnelle, débouchant sur la face d'entrée de chacune des cartouches, lesquelles sont de plus équipées d'un clapet d'obstruction 25 commandé par un vérin 26 à motorisation pneumatique ou électrique. Le clapet d'obstruction 25 permet de procéder à la régénération d'une cartouche après l'autre par combustion des particules de carbone retenues sur leurs cartouches filtrantes, évitant ainsi des températures de sortie excessives. Chacune des cartouches de filtration 5 est équipée d'un capteur de température 27, remplissant une fonction analogue à celle du capteur de température 9 illustré sur la figure 1. En outre, un capteur de température 273 disposé sur la conduite de sortie du brûleur, permet de contrôler précisément les températures de sorties des gaz d'échappement en commandant l'obstruction du clapet 25 de la cartouche de filtration 5 à régénérer.Thus, the burner illustrated in FIG. 10 is disposed between two filter cartridges 5 each comprising a conventional filter cartridge, opening onto the inlet face of each of the cartridges, which are furthermore equipped with a controlled obstruction valve 25. by a jack 26 with pneumatic or electric motor. The obstruction valve 25 allows the regeneration of one cartridge after the other by combustion of the carbon particles retained on their filter cartridges, thus avoiding excessive outlet temperatures. Each of the filtration cartridges 5 is equipped with a temperature sensor 27, fulfilling a function similar to that of the temperature sensor 9 illustrated in FIG. 1. In addition, a temperature sensor 273 disposed on the burner outlet pipe, allows precise control of the exhaust gas outlet temperatures by controlling the clogging of the valve 25 of the filter cartridge 5 to be regenerated.
Comme précédemment, un capteur de pression mesure la contre pression due aux pertes de charge par colmatage des cartouches de filtration 5, de manière à indiquer le niveau de colmatage des cartouches de filtration. Au-delà d'un seuil de colmatage déterminé, le calculateur commande le démarrage du brûleur de manière à régénérer le filtre. Pour cela, le procédé de démarrage comporte les étapes consistant : " à alimenter la bougie chauffante 8 ; 1 à injecter un débit d'air au moyen du conduit 7 ; • à fermer l'un des deux clapets 25 commandés par un vérin 26 ; 1 après un temps prédéterminé correspondant sensiblement au temps nécessaire pour que la bougie chauffante 8 atteigne une température suffisante comprise entre 6000C et 8000C, à procéder, sous la commande du calculateur 10, à des micro-injections de gazole à travers le capillaire 6 et le tube 7 au moyen de Finjecteur 14, jusqu'à ce que le capteur de température 9 détecte une augmentation significative de la température régnant dans l'enceinte 2 du brûleur ; " à maintenir la combustion tant que les températures mesurées par les capteurs de températures 27 à la sortie de la cartouche filtrante sont inférieures à 5000C, seuil au-delà duquel se produit la combustion du carbone dans la cartouche de filtration correspondante ; " après dépassement de ce seuil, à commander par l'intermédiaire du calculateur simultanément l'arrêt du brûleur et l'ouverture du clapet 25 de la cartouche de filtration 5 obstruée.As before, a pressure sensor measures the back pressure due to pressure drops by clogging of the filter cartridges 5, so as to indicate the level of clogging of the filter cartridges. Beyond a determined sealing threshold, the computer controls the start of the burner so as to regenerate the filter. For this, the starting method comprises the steps of: "supplying the heating candle 8; 1 to inject a flow of air by means of the conduit 7; • to close one of the two valves 25 controlled by a jack 26; 1 after a predetermined time corresponding substantially to the time required for the heating candle 8 to reach a sufficient temperature of between 600 ° C. and 800 ° C., to carry out, under the control of the computer 10, micro-injections of diesel fuel through the capillary 6 and the tube 7 by means of the injector 14, until the temperature sensor 9 detects a significant increase in the temperature in the chamber 2 of the burner; to maintain combustion as long as the temperatures measured by the temperature sensors 27 at the outlet of the filter cartridge are less than 500 ° C., the threshold beyond which combustion of the carbon takes place in the corresponding filter cartridge; exceeding this threshold, to control via the calculator simultaneously stopping the burner and opening the valve 25 of the filter cartridge 5 obstructed.
Par la suite, la combustion se poursuit dans la cartouche de filtration 5, mais sans néanmoins atteindre une température de gaz rédhibitoire au niveau de la sortie de la cartouche filtrante, puisque les gaz de combustion du carbone issus d'une cartouche de filtration 5 se mélangent avec ceux provenant de la cartouche de filtration 5 voisine dans laquelle aucune réaction de combustion n'est démarrée. En effet, la régénération de l'autre cartouche de filtration ne sera initiée qu'ultérieurement et après un temps programmé dans le calculateur 10, suffisamment long pour que la combustion sur la cartouche de filtration 5 soit complète ou jusqu'à égalité des températures mesurées par les sondes 27.Subsequently, the combustion continues in the filter cartridge 5, but without nevertheless reaching an unacceptable gas temperature at the outlet of the filter cartridge, since the carbon combustion gases from a filtration cartridge 5 are mix with those from the adjacent filter cartridge 5 where no combustion reaction is started. Indeed, the regeneration of the other filter cartridge will be initiated only later and after a programmed time in the computer 10, long enough for the combustion on the filter cartridge 5 is complete or equal measured temperatures by the probes 27.
Ainsi, selon un tel procédé, la puissance du brûleur n'est utilisée que pour chauffer une seule cartouche à la fois, ce qui réduit notablement sa durée de fonctionnement et, partant, la quantité de combustible consommée pour cette opération.Thus, according to such a method, the power of the burner is used only to heat a single cartridge at a time, which significantly reduces its operating time and, therefore, the amount of fuel consumed for this operation.
Par exemple, dans le cas d'un moteur de 177 kW fonctionnant à demi-charge, avec des températures de gaz d'échappement en entrée de 3000C et en attendant, lors de chaque combustion, que la température de la cartouche filtrante soit comprise entre 2950C et 3000C, des essais ont été conduits selon deux procédés différents. Tout d'abord, le procédé décrit ci-dessus de régénération à tour de rôle des cartouches de filtration 5 a été mis en œuvre. Puis, on a à régénéré simultanément les deux cartouches de filtration 5. Pour chaque essai, le brûleur est arrêté lorsque la température mesurée en aval de la cartouche de filtration 5 filtrant atteint 5000C. La cartouche de filtration 5 employée dans le cadre de ces essais est en carbure de silicium et chaque cartouche présente un diamètre de 143,8 mm pour une longueur de 254 mm.For example, in the case of a 177 kW engine operating at half load, with inlet exhaust gas temperatures of 300 0 C and meanwhile, at each combustion, that the temperature of the filter cartridge is between 295 0 C and 300 0 C, tests were conducted according to two different methods. First, the above-described method of regenerating the filter cartridges 5 in turn has been implemented. Was then simultaneously both regenerated filter cartridge 5. For each test, the burner is stopped when the temperature measured downstream of the cartridge filter 5 filtering reaches 500 0 C. The filter cartridge 5 used in the context of these tests are silicon carbide and each cartridge has a diameter of 143.8 mm for a length of 254 mm.
Ainsi, pour une puissance de brûleur correspondant à une consommation de gazole de 50 cm3/min, on obtient les durées de fonctionnement suivantes :Thus, for a burner power corresponding to a fuel consumption of 50 cm 3 / min, the following operating times are obtained:
1 pour un fonctionnement à tour de rôle, la durée a varié de 20 à 25 s, et la température de sortie ne dépasse pas 47O0C, température correspondant sensiblement au cas où le brûleur est arrêté avec ouverture simultanée du clapet obstruant l'autre cartouche de filtration 5. Peu après, cette température avoisine 45O0C durant la combustion du carbone puis, à la fin de la combustion, redescend au niveau de la température d'entrée des gaz d'échappement, soit environ 3000C ; 1 for one operation in turn, the duration has varied from 20 to 25 s, and the outlet temperature does not exceed 47O 0 C, temperature corresponding substantially to the case where the burner is stopped with simultaneous opening of the valve obstructing the other filter cartridge 5. Shortly after, this temperature is around 45O 0 C during the combustion of carbon and then, at the end of the combustion, drops back to the level of the exhaust gas inlet temperature, ie about 300 0 C;
" lorsque les deux cartouches sont en communication, les durées de combustion complète sont comprises entre 85 et 100 s. Il a même été observé des différences de réchauffage entre les deux cartouches de filtration 5. Les écarts ainsi observés sur la durée sont dus au fait que le brûleur n'est arrêté que lorsque la température en sortie est supérieure à 500 0C sur les deux cartouches de filtration 5. Pour le même niveau de colmatage des cartouches, c'est-à-dire 6 g/1 il a été mesuré des pics de température dépassant 65O0C."When the two cartridges are in communication, the total burning times are between 85 and 100 s, and there have even been differences in reheating between the two filter cartridges 5. The differences thus observed over time are due to the fact that that the burner is stopped only when the outlet temperature is greater than 500 0 C on the two filter cartridges 5. For the same level of clogging of the cartridges, that is to say 6 g / 1 it was measured temperature peaks exceeding 65O 0 C.
Ces essais montrent par conséquent que la régénération du filtre « à tour de rôle » permet de réduire significativement la surconsommation de gazole nécessité pour chaque combustion. Ainsi, dans l'exemple ci-dessus, la surconsommation est divisée par deux.These tests therefore show that the regeneration of the filter "in turn" significantly reduces the overconsumption of diesel required for each combustion. Thus, in the example above, the overconsumption is divided by two.
De plus, en termes de sécurité, comme on l'a vu précédemment, les clapets 25 permettent aussi sur le plan sécurité de réduire les températures de sorties de façon importante et, partant, de s'affranchir d'une importante isolation thermique de la ligne de sortie. Ce dispositif à clapet peut donc être avantageusement incorporé aux dispositifs comprenant un brûleur. Selon une caractéristique préférée du dispositif objet de l'invention, chacune des cartouches de filtration 5 dispose d'un moyen d'obstruction du débit, disposé en amont ou en aval, et piloté par au moins un calculateur intégrant les conditions de fonctionnement du moteur, de manière à isoler au moins une cartouche de filtration 5 chaque fois que la position d'accélérateur est à zéro (non accéléré).In addition, in terms of safety, as has been seen previously, the valves 25 also make it possible on the safety level to reduce the exit temperatures significantly and, consequently, to overcome a significant thermal insulation of the exit line. This valve device can therefore advantageously be incorporated devices comprising a burner. According to a preferred characteristic of the device that is the subject of the invention, each of the filtration cartridges 5 has a means of obstruction of the flow rate, arranged upstream or downstream, and controlled by at least one calculator integrating the operating conditions of the engine. , so as to isolate at least one filter cartridge 5 whenever the accelerator position is at zero (not accelerated).
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, on peut avantageusement mettre en œuvre le brûleur objet de l'invention sur une machine destinée à régénérer les cartouches de filtrations de filtres à particules pour les rénover, après que le véhicule a parcouru plusieurs dizaines de milliers de kilomètres. En effet, même si la combustion du carbone est parfaitement réalisée au niveau du dispositif de filtration, après plusieurs milliers de kilomètres les cendres provenant de la combustion de l'huile du moteur, voire les additifs de combustion utilisés, tendent à colmater progressivement les porosités de la cartouche filtrante. C'est pourquoi une régénération effectuée sur une machine, avec un dispositif soufflant de l'air chaud à contre-courant du sens de fonctionnement, permet de régénérer convenablement la cartouche filtrante hors du véhicule.According to another embodiment of the invention, it is advantageous to use the burner which is the subject of the invention on a machine intended to regenerate the filter cartridges for particle filters in order to renovate them after the vehicle has traveled several tens thousands of kilometers. Indeed, even if the combustion of carbon is perfectly carried out at the level of the filtering device, after several thousand kilometers the ashes resulting from the combustion of the engine oil, or even the combustion additives used, tend to progressively seal up the porosities. filter cartridge. This is why regeneration carried out on a machine, with a device blowing hot air against the direction of operation, allows to properly regenerate the filter cartridge out of the vehicle.
Une telle machine à régénérer les filtres à particules est illustrée par la figure 11, dans laquelle le brûleur 2 fonctionne en position horizontale au sein d'une chambre 32, elle-même alimentée par une machine turbo soufflante d'air 31. Le débit de la turbo soufflante et la puissance du brûleur 2 sont pilotés par un calculateur (non représenté), de façon à ajuster la température en sortie de la chambre 32 à une température de consigne indiquée par le capteur de température 28. Le principe consiste à augmenter progressivement la température de l'air au sein du brûleur jusqu'à une température voisine de celle où se produit la combustion du carbone, c'est à dire 5000C sans additif, ou 350 à 4000C avec additif.Such a machine for regenerating the particulate filters is illustrated in FIG. 11, in which the burner 2 operates in a horizontal position within a chamber 32, itself fed by a turbo-blower machine 31. the turbo blower and the power of the burner 2 are controlled by a computer (not shown), so as to adjust the temperature at the outlet of the chamber 32 to a set temperature indicated by the temperature sensor 28. The principle is to increase gradually the temperature of the air within the burner to a temperature close to that where carbon combustion occurs, that is to say 500 0 C without additive, or 350 to 400 0 C with additive.
En sortie d'une cartouche de filtration à régénérer 29, on dispose un deuxième capteur de température 30, de manière à comparer en permanence la température au niveau de la sortie 13 avec la température d'entrée mesurée par le capteur 28. Dans le cas où la température de sortie dépasse la température d'entrée, des moyens sont mis en œuvre pour ralentir la combustion dans le filtre, comme la réduction du débit d'air, la réduction de la puissance du brûleur. Ce procédé de ralentissement de la combustion permet de brûler tout le carbone et les résidus contenus dans le filtre sans atteindre des températures excessives pouvant mettre en péril l'intégrité et la longévité de la cartouche filtrante. Une fois la phase de combustion terminée, la température de la cartouche filtrante augmente jusqu'à une température comprise entre 650 et 7000C de façon à réduire tous les résidus en cendres. Ensuite, un débit important est généré par la machine turbo soufflante de façon à extraire ces cendres de la cartouche filtrante à rénover. Les gaz chauds sont évacués par une canalisation 34 thermiquement isolée, comportant un filtre spécial 35 de grande capacité, apte à stopper toutes les cendres et résidus. En aval de ce filtre spécial est disposé un catalyseur d'oxydation 36 pour oxyder les hydrocarbures et le monoxyde de carbone (CO) éventuellement formés durant la phase de combustion. Les gaz sont enfin évacués par un conduit 37.At the outlet of a filter cartridge to be regenerated 29, a second temperature sensor 30 is provided, so as to continuously compare the temperature at the outlet 13 with the inlet temperature measured by the sensor 28. In the case where the outlet temperature exceeds the inlet temperature, means are implemented to slow down the combustion in the filter, such as reducing the air flow, reducing the power of the burner. This method of slowing the combustion burns all the carbon and residues contained in the filter without reaching excessive temperatures that could jeopardize the integrity and longevity of the filter cartridge. Once the combustion phase is over, the temperature of the filter cartridge increases to a temperature of between 650 and 700 ° C. so as to reduce all the residues to ashes. Then, a large flow rate is generated by the turbo blower machine so as to extract these ashes from the filter cartridge to be renovated. The hot gases are discharged through a pipe 34 thermally insulated, having a special filter 35 of large capacity, able to stop all ashes and residues. Downstream of this special filter is disposed an oxidation catalyst 36 for oxidizing the hydrocarbons and carbon monoxide (CO) possibly formed during the combustion phase. The gases are finally discharged via a conduit 37.
Selon une autre variante de l'invention, plus particulièrement décrite en relation avec les figures 12 et 13, on souhaite mettre à profit l'oxygène résiduel présent dans les gaz d'échappement, en vue de sa combustion dans le brûleur. Ce cas de figure se rencontre notamment dans les moteurs diesels suralimentés.According to another variant of the invention, more particularly described in relation with FIGS. 12 and 13, it is desired to take advantage of the residual oxygen present in the exhaust gases, with a view to its combustion in the burner. This case is particularly encountered in supercharged diesel engines.
A cet effet, on munit le corps du brûleur d'un ou de plusieurs orifices traversants 38, débouchant sur la paroi latérale définissant ledit corps, à un niveau supérieur par rapport à l'élément obturateur 3. Ce ou ces orifices 38 sont avantageusement orientés sensiblement tangentiellement par rapport à la dite paroi latérale, toujours dans l'objectif de contribuer au mouvement tourbillonnant imprimé aux flux à l'intérieur du brûleur.For this purpose, the body of the burner is provided with one or more through holes 38, opening on the side wall defining said body, at a higher level with respect to the shutter element 3. This or these orifices 38 are advantageously oriented substantially tangentially with respect to said side wall, still for the purpose of contributing to the swirling motion printed on the flows inside the burner.
Afin d'induire l'introduction de partie des gaz d'échappement au sein du brûleur, la ligne d'échappement est munie d'un volet 39, articulé sur la paroi interne de ladite ligne, et susceptible d'être plus ou moins rabattu sur la paroi externe du brûleur, sur injonction du calculateur 10 en fonction des paramètres déjà évoqués, et corollairement provoquer l'introduction d'une plus ou moins grande quantité desdits gaz d'échappement dans le brûleur.In order to induce the introduction of part of the exhaust gases into the burner, the exhaust line is provided with a flap 39, articulated on the inner wall of said line, and may be more or less folded down on the outer wall of the burner, on behalf of the computer 10 according to the parameters already mentioned, and corollary causing the introduction of a greater or lesser amount of said exhaust gas into the burner.
Ce faisant, on profite de l'énergie dégagée par la combustion de l'oxygène dans le brûleur, et corollairement, on diminue la quantité de carburant nécessaire au fonctionnement de ce dernier.In doing so, we take advantage of the energy released by the combustion of oxygen in the burner, and corollary, it reduces the amount of fuel required for the operation of the latter.
En outre, l'un 40 au moins desdits orifices, se prolonge au sein du brûleur par une canalisation 41, dont l'extrémité 42 est recourbée et dirigée en direction de l'élément obturateur 3. Ce faisant, on concentre au niveau de ce dernier la combustion, favorisant la flamme, et corollairement, permettant de diminuer la longueur dudit brûleur.In addition, at least one of said orifices extends into the burner through a pipe 41 whose end 42 is bent and directed towards the shutter element 3. In doing so, it is concentrated at the latter combustion, promoting the flame, and corollary, to reduce the length of said burner.
Le brûleur objet de la présente invention permet donc de réduire, voire d'éliminer, des particules solides contenues dans une cartouche de filtration tout en utilisant un catalyseur à faible concentration en métaux précieux. En effet, un tel brûleur permet une combustion complète du gazole sans émission parasite d'hydrocarbures ni de monoxyde de carbone, contrairement aux dispositifs où l'on injecte du gazole directement sur le catalyseur.The burner which is the subject of the present invention thus makes it possible to reduce or even eliminate solid particles contained in a filtration cartridge while using a catalyst with a low concentration of precious metals. Indeed, such a burner allows a complete combustion of diesel without parasitic emission of hydrocarbons or carbon monoxide, unlike devices where diesel fuel is injected directly onto the catalyst.
D'autres modes de réalisation de l'invention sont possibles sans pour autant sortir du cadre de cette invention. Ainsi, comme le montre la figure 3, le brûleur peut comprendre un deuxième conduit d'adduction d'un mélange de combustible et de comburant, débouchant dans le corps de brûleur également selon une direction essentiellement tangentielle au corps de brûleur, de manière à pouvoir imprimer audit mélange un mouvement tourbillonnant symétrique au sein du corps de brûleur. Other embodiments of the invention are possible without departing from the scope of this invention. Thus, as shown in FIG. 3, the burner may comprise a second conduit for supplying a mixture of fuel and oxidizer, opening into the burner body also in a direction substantially tangential to the burner body, so as to be able to print to the mixture a symmetrical swirling motion within the burner body.

Claims

REVENDICATIONS
1. Brûleur destiné à chauffer au moins une cartouche de filtration (5) des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à une température supérieure à la température d'oxydation et/ou à la température de combustion des particules solides piégées dans ladite cartouche de filtration (5), ledit brûleur comprenant un corps de brûleur (2) présentant une extrémité fermée et présentant du côté opposé à ladite extrémité fermée une ouverture d'évacuation susceptible d'être reliée à une conduite d'évacuation desdits gaz d'échappement ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre :Burner for heating at least one filter cartridge (5) of the exhaust gas of an internal combustion engine at a temperature above the oxidation temperature and / or the combustion temperature of the solid particles trapped in said filter cartridge (5), said burner comprising a burner body (2) having a closed end and having on the opposite side to said closed end an exhaust opening capable of being connected to a pipe for discharging said gas exhaust; characterized in that it further comprises:
- au moins un conduit (7) d'adduction d'un mélange de combustible et de comburant débouchant dans le corps de brûleur (2) selon une direction essentiellement tangentielle au corps de brûleur (2), de manière à pouvoir imprimer audit mélange un mouvement tourbillonnant au sein du corps de brûleur (2) ;at least one conduit (7) for supplying a mixture of fuel and oxidant opening into the burner body (2) in a direction substantially tangential to the burner body (2), so as to be able to print to said mixture a swirling motion within the burner body (2);
- un moyen électrique d'allumage (8) dudit mélange positionné au sein du corps de brûleur (2) ;an electric ignition means (8) for said mixture positioned within the burner body (2);
- un élément obturateur (3, 18) obstruant une partie substantielle du corps de brûleur (2), de manière à limiter les turbulences susceptibles d'être engendrées par lesdits gaz d'échappement sur les écoulements de fluides au sein du volume du corps de brûleur (2) délimité par ledit élément obturateur (3, 18).a shutter member (3, 18) obstructing a substantial portion of the burner body (2), so as to limit the turbulence likely to be generated by said exhaust gases on the fluid flows within the body volume; burner (2) delimited by said shutter member (3, 18).
2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface interne des parois latérales du corps de brûleur (2) est régulière et présente globalement une symétrie de révolution.2. Burner according to claim 1, characterized in that the inner surface of the side walls of the burner body (2) is regular and generally has a symmetry of revolution.
3. Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément obturateur comporte un disque (3) présentant un diamètre légèrement inférieur au diamètre interne dudit corps de brûleur (2), et positionné perpendiculairement à l'axe de révolution, du côté de l'extrémité fermée du corps de brûleur (2).3. Burner according to claim 2, characterized in that the shutter member comprises a disc (3) having a diameter slightly less than the internal diameter of said burner body (2), and positioned perpendicular to the axis of revolution, on the side the closed end of the burner body (2).
4. Brûleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le disque (3) est percé d'une pluralité de trous, dont le nombre et/ou les diamètres sont proportionnels au diamètre du disque (3), lesdits trous étant destinés à permettre la propagation de la flamme de combustion du mélange dans l'ensemble du volume du corps de brûleur (2). 4. Burner according to claim 3, characterized in that the disk (3) is pierced with a plurality of holes, whose number and / or diameters are proportional to the diameter of the disc (3), said holes being intended to allow the propagation of the combustion flame of the mixture throughout the volume of the burner body (2).
5. Brûleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément obturateur comprend en outre un cylindre droit dont une extrémité est recouverte par ledit disque et dont l'autre extrémité est recouverte par l'extrémité fermée du corps de brûleur (2), ledit cylindre droit étant percé d'une pluralité de trous dont le nombre et/ou les diamètres sont proportionnels au diamètre du disque (3), lesdits trous étant destinés à permettre la propagation de la flamme de combustion du mélange dans l'ensemble du volume du corps de brûleur (2).5. Burner according to claim 3, characterized in that the shutter member further comprises a straight cylinder whose one end is covered by said disk and whose other end is covered by the closed end of the burner body (2). said right cylinder being pierced with a plurality of holes whose number and / or diameters are proportional to the diameter of the disc (3), said holes being intended to allow the spread of the combustion flame of the mixture throughout the burner body volume (2).
6. Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément obturateur est constitué d'un clapet (18) disposé à l'extérieur du volume du corps de brûleur6. Burner according to claim 2, characterized in that the shutter member consists of a valve (18) disposed outside the volume of the burner body
(2) près de ladite ouverture d'évacuation, la superficie dudit clapet (18) correspondant sensiblement à la superficie interne du corps de brûleur (2), ledit clapet (18) étant monté mobile sous l'action d'un organe tel qu'un vérin (19).(2) near said discharge opening, the area of said valve (18) corresponding substantially to the internal surface area of the burner body (2), said valve (18) being movably mounted under the action of a member such as a cylinder (19).
7. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre deux canalisations (6, 7) concentriques, l'une pour l'adduction (6) de combustible et l'autre pour l'adduction de comburant, lesdites canalisations (6, 7) étant disposées en amont dudit conduit (7).7. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises two concentric pipes (6, 7), one for the adduction (6) of fuel and the other for the adduction of oxidant, said ducts (6, 7) being arranged upstream of said duct (7).
8. Brûleur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le conduit d'adduction du mélange est constitué d'un tuyau s'étendant le long desdites parois latérales à l'intérieur du corps du brûleur (2) et parallèlement à l'axe de révolution, ledit tuyau présentant une extrémité coudée à angle droit.8. Burner according to one of claims 2 to 7, characterized in that the adduction pipe of the mixture consists of a pipe extending along said side walls inside the body of the burner (2) and parallel to the axis of revolution, said pipe having an angled end at right angles.
9. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un deuxième moyen électrique d'allumage (80) également positionné au sein du corps de brûleur (2), ledit premier et ledit deuxième moyens électriques d'allumage (80) étant constitués respectivement par une bougie de chauffage et par une bougie à arc électrique conventionnelles ou par au moins deux bougies de chauffage.9. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a second electric ignition means (80) also positioned within the burner body (2), said first and said second electric means ignition (80) being respectively constituted by a conventional heating candle and a conventional electric arc candle or by at least two heating candles.
10. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième conduit (7) d'adduction d'un mélange de combustible et de comburant débouchant dans le corps de brûleur (2) selon une direction essentiellement tangentielle au corps de brûleur (2), de manière à pouvoir imprimer audit mélange un mouvement tourbillonnant symétrique au sein du corps de brûleur (2). 10. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a second conduit (7) for supplying a mixture of fuel and oxidant opening into the burner body (2) in a substantially tangential direction. to the burner body (2) so that a symmetrical swirling movement within the burner body (2) can be imparted to said mixture.
11. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de commande (10) destiné à piloter les débits d'injection en combustible et en comburant en fonction des signaux délivrés par un capteur de température (9) situé dans le corps de brûleur (2) et par un capteur de pression indiquant la perte de charge due au colmatage par lesdites particules solides de ladite cartouche de filtration (5).11. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a control device (10) for controlling the injection rates of fuel and oxidant according to the signals delivered by a temperature sensor. (9) located in the burner body (2) and by a pressure sensor indicating the pressure drop due to clogging by said solid particles of said filter cartridge (5).
12. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le comburant est de l'air issu d'un turbocompresseur équipant ledit moteur.12. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the oxidant is air from a turbocharger fitted to said engine.
13. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un textile de céramique (201), sous forme de mat, de tissu ou de feutre, est disposé du côté de l'extrémité fermée du corps de brûleur (2) et au contact d'au moins un moyen électrique d'allumage (8, 80), ledit textile de céramique (201) étant apte à capter et à concentrer ledit mélange de manière à favoriser son allumage.13. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that a ceramic textile (201), in the form of mat, fabric or felt, is disposed on the side of the closed end of the burner body (2). ) and in contact with at least one electric ignition means (8, 80), said ceramic fabric (201) being able to capture and concentrate said mixture so as to promote its ignition.
14. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au niveau de la paroi latérale le définissant en partie, un ou plusieurs orifices traversants (38, 40), débouchant au sein du corps du brûleur au dessus de l'élément obturateur (3), destinés à permettre l'introduction au sein dudit corps d'une partie des gaz d'échappement.14. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at the side wall defining in part, one or more through holes (38, 40), opening into the body of the burner above the shutter member (3), intended to allow the introduction into said body of a portion of the exhaust gas.
15. Brûleur selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'un (40) au moins des orifices traversants, se prolonge au sein du brûleur par une canalisation (41), dont l'extrémité (42) est recourbée et dirigée en direction de l'élément obturateur (3).15. Burner according to claim 14, characterized in that at least one (40) of the through holes, extends within the burner by a pipe (41), the end (42) is bent and directed in the direction shutter member (3).
16. Ligne d'échappement de moteur à combustion interne, comprenant au moins un orifice d'entrée des gaz issus de ladite combustion interne, au moins une cartouche de filtration (5) destinée à piéger les particules solides contenues dans lesdits gaz d'échappement dudit moteur et au moins un orifice d'échappement à l'atmosphère desdits gaz situé en aval de ladite cartouche de filtration (5), caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un brûleur selon l'une des revendications précédentes. 16. Exhaust line of an internal combustion engine, comprising at least one inlet for the gases resulting from said internal combustion, at least one filtration cartridge (5) intended to trap the solid particles contained in said exhaust gases. said engine and at least one exhaust port to the atmosphere of said gas located downstream of said filter cartridge (5), characterized in that it comprises at least one burner according to one of the preceding claims.
17. Ligne d'échappement selon la revendication 16, caractérisée en ce que le brûleur est disposé en amont de la cartouche de filtration (5), à l'intérieur ou à l'extérieur de ladite ligne d'échappement ou à proximité de ladite cartouche de filtration (5).17. Exhaust line according to claim 16, characterized in that the burner is disposed upstream of the filter cartridge (5), inside or outside said exhaust line or in the vicinity of said filter cartridge (5).
18. Ligne d'échappement selon l'une des revendications 16 et 17, caractérisée en ce qu'elle comporte :18. Exhaust line according to one of claims 16 and 17, characterized in that it comprises:
" au moins deux cartouches de filtration, ledit brûleur étant logé entre les deux cartouches de filtration ; " deux clapets (26) permettant d'arrêter les flux de gaz d'échappement parvenant respectivement à chaque cartouche de filtration, de manière à brûler et/ou oxyder lesdites particules alternativement dans chaque cartouche de filtration."at least two filter cartridges, said burner being housed between the two filter cartridges;" two valves (26) for stopping the flow of exhaust gas reaching respectively each filter cartridge, so as to burn and / or oxidizing said particles alternately in each filter cartridge.
19. Ligne d'échappement selon l'une des revendications 16 et 17, caractérisée en ce qu'elle comporte un volet (39) rabattable sur la paroi externe du brûleur, afin d'induire l'introduction au sein de ce dernier de partie des gaz d'échappement.19. Exhaust line according to one of claims 16 and 17, characterized in that it comprises a flap (39) folding on the outer wall of the burner, to induce the introduction within the latter part exhaust gas.
20. Procédé de chauffage d'au moins une cartouche de filtration (5) des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à une température supérieure à la température d'oxydation et/ou à la température de combustion des particules solides piégées dans ladite cartouche de filtration (5), au moyen d'un brûleur comprenant un corps de brûleur (2) présentant une symétrie de révolution, ledit corps de brûleur (2) présentant une extrémité fermée et présentant du côté opposé à ladite extrémité fermée une ouverture d'évacuation susceptible d'être reliée à une conduite d'évacuation desdits gaz d'échappement ; caractérisé en ce qu'il consiste :20. A method of heating at least one filter cartridge (5) of the exhaust gas of an internal combustion engine at a temperature above the oxidation temperature and / or the combustion temperature of the trapped solid particles. in said filter cartridge (5), by means of a burner comprising a burner body (2) having a symmetry of revolution, said burner body (2) having a closed end and having on the opposite side to said closed end a exhaust opening capable of being connected to a pipe for exhausting said exhaust gas; characterized in that it consists of:
" à injecter, selon une direction essentiellement tangentielle au corps de brûleur (2), un mélange de combustible et de comburant, de manière à imprimer audit mélange un mouvement tourbillonnant au sein du corps de brûleur (2) ;injecting, in a direction substantially tangential to the burner body (2), a mixture of fuel and oxidant, so as to impart to said mixture a swirling movement within the burner body (2);
" à alimenter en courant un moyen électrique d'allumage (8) positionné au sein du corps de brûleur (2), de manière à allumer ledit mélange, ledit corps de brûleur (2) comprenant un élément obturateur (3, 18) obstruant une partie substantielle du corps de brûleur (2) de manière à limiter les turbulences susceptibles d'être engendrées par lesdits gaz d'échappement sur les écoulements de fluides au sein du volume du corps de brûleur (2) délimité par ledit élément obturateur (3, 18) ;"supplying current to an electric ignition means (8) positioned within the burner body (2), so as to ignite said mixture, said burner body (2) comprising a shutter member (3, 18) obstructing a substantial portion of the burner body (2) so as to limit the turbulence likely to be generated by said exhaust gas on the flows of fluids within the volume of the burner body (2) delimited by said shutter member (3, 18);
" à interrompre l'injection de mélange après que ladite température d'oxydation et/ou ladite température de combustion a(ont) été atteinte(s) pendant une durée fonction de paramètres tels que la charge supportée par le moteur et la perte de charge due au colmatage du médium filtrant par ces particules solides.to interrupt the injection of mixture after said oxidation temperature and / or said combustion temperature has been reached for a duration depending on parameters such as the load borne by the motor and the pressure drop; due to clogging of the filtering medium by these solid particles.
21. Procédé de chauffage selon la revendication 17, caractérisé en ce que le combustible et le comburant sont mélangés selon des proportions stoechio métriques.21. Heating method according to claim 17, characterized in that the fuel and the oxidant are mixed in stoichiometric proportions.
22. Machine à régénérer les cartouches de filtration de filtres à particules, caractérisée en ce qu'elle comporte un brûleur selon l'une des revendications 1 à 13 et un emplacement destiné à recevoir au moins une cartouche de filtration22. Machine for regenerating the particle filter filtration cartridges, characterized in that it comprises a burner according to one of claims 1 to 13 and a location for receiving at least one filter cartridge.
(29) à régénérer. (29) to regenerate.
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