WO2008129202A2 - Corps filtrant d'un systeme de depollution - Google Patents

Corps filtrant d'un systeme de depollution Download PDF

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    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a filter body of a system for the depollution of the exhaust gas of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the particulate filter comprises at least one filter body, inserted into a metal casing, so as to be necessarily traversed from an upstream face to a downstream face by the exhaust gas.
  • the filter body may comprise a plurality of channels which are porous ceramic structures. Each channel is closed at one or other of its ends. The exhaust gases are thus forced through the walls of the channels, while particles to be filtered are retained.
  • the particles do not necessarily accumulate homogeneously, for example accumulating preferentially in the area of the filter. near its longitudinal axis, also called the core of the filter body.
  • the combustion of the particles thus causes a rise in temperature in the core of the filter body greater than that in the peripheral zones.
  • the particulate filter is mounted in an exhaust line and must not be excessively deformed, otherwise it may interfere with the operation of this line, for example by creating leaks.
  • EP816065 proposes the use of linkages between the bodies, which comprise a three-dimensional network of ceramic fibers embedded in a mineral cement.
  • the cohesion of the fiber network and the connection between this network and the cement are provided by fiber sizing substances, one of which is mineral, and the other is organic.
  • fiber sizing substances one of which is mineral, and the other is organic.
  • the object of the invention is to provide a filter body of an exhaust gas depollution system for reducing thermomechanical stresses.
  • the invention proposes a filter body of the type mentioned above, characterized in that each channel is formed by at least two planes intersecting along the axis of the filter body.
  • the filter body is tubular with a circular section, at least one channel is formed by a circular section tube and radius smaller than the radius of the filter body and the filter body and the tube are coaxial.
  • At least one channel is formed by a second tube of circular section and of radius less than the radius of the filter body and the filter body and the second tube are coaxial. According to other features of the invention, the channels are closed alternately at one of their ends.
  • the invention also proposes a system for cleaning up the exhaust gas of an internal combustion engine of a motor vehicle which comprises a filter body.
  • the pollution control system is a particulate filter.
  • the invention also proposes to use in a pollution control system of a motor vehicle at least one filter body to reduce the thermomechanical stresses applied to the pollution control system.
  • Figure 1 shows a perspective view of a filter body according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows a cross section of a filter body according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 3 shows a cross section of a filter body according to a third embodiment of the invention. - AT -
  • the invention relates to a filter body 2 of a system for cleaning the exhaust gas of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the pollution control system may be a particulate filter.
  • This filter body 2 of axis D has an upstream face 1 and a downstream face (not shown). It also comprises a plurality of channels 6 which extend between the upstream face 1 and the downstream face. Each channel may be closed at one or both ends. The channels can be closed alternately, for example checkerboard.
  • Each channel 6 is formed by at least two planes J, K intersecting along the axis D.
  • the filter body 2 of axis D is tubular with a circular cross-section and of radius R.
  • Each channel 6 is formed by at least two planes J, K intersecting according to FIG. D.
  • the two planes J, K, which intersect along the axis D and which intersect with the wall 10 of the body 2 form four channels 6.
  • the cross section of these channels 6 is a circular sector 4.
  • FIG. 2 represents a cross-section of a filtering body 2 of axis D.
  • This filtering body 2 is tubular with a circular section and of radius R.
  • the channels 6 are formed by four planes J, K , L, M intersecting along the axis D and two tubes 7, 8. These two tubes 7, 8 have a circular section respectively of radius R1 and R2. These two radii R1, R2 are smaller than the radius R of the filter body 2. In our embodiment, the radius R1 is greater than the radius R2.
  • the filter body 2 and the tubes 7, 8 are coaxial. As represented in FIG.
  • FIG. 3 represents a cross-section of a filtering body 2 of axis D.
  • This filtering body 2 is tubular with a square section and a C-side.
  • the channels 6 are formed by four planes J, K , L, M intersecting along the axis D and two tubes 7, 8. These two tubes 7, 8 have a square section respectively side C1 and C2. These two sides C1, C2 are smaller than the side C of the filter body 2.
  • the C1 side is greater than the C2 side.
  • the filter body 2 and the tubes 7, 8 are coaxial.
  • the planes J, K, L, M which intersect along the axis D and which intersect with the wall 1 1, 12 of the tubes 7, 8 and the wall 10 of the body 2, form twenty-four channels 6.
  • the cross section of these channels 6 is a polygon 9 for example a triangle, a trapezium.
  • the invention makes it possible to reinforce the filter body radially. In this way, the deformation of the filter body 2 due in particular to thermomechanical forces which are mainly radial can be limited. The invention thus makes it possible to reinforce the filter body 2 so as to better resist the thermomechanical forces.
  • the filter body 2 may, for example, have a polygonal section, of n sides (a pentagon, a hexagon). When the number of sides n tends to infinity, it joins the first and second embodiments which provide a filter body 2 circular section.
  • This invention can also be applied to another pollution control system such as a catalyst.

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Abstract

Corps filtrant (2) d'un système de dépollution des gaz d'échappement de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, le corps filtrant (2) d'axe (D) comportant des canaux (6) caractérisé en ce que chaque canal (6) est formé par au moins deux plans (J, K, L, M) se coupant suivant l'axe (D).

Description

CORPS FILTRANT D'UN SYSTEME DE DEPOLLUTION
L'invention concerne un corps filtrant d'un système de dépollution des gaz d'échappement de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile.
Avant d'être évacués à l'air libre, les gaz d'échappement peuvent être purifiés au moyen d'un système de dépollution tel qu'un filtre à particules. Le filtre à particules comporte au moins un corps filtrant, inséré dans une enveloppe métallique, de manière à être nécessairement traversé depuis une face amont jusqu'à une face aval par les gaz d'échappement. Le corps filtrant peut comporter une pluralité de canaux qui sont des structures poreuses en céramique. Chaque canal est obturé à l'une ou l'autre de ses extrémités. Les gaz d'échappement sont ainsi contraints à traverser les parois des canaux, tandis que des particules à filtrer sont retenues.
Après un certain temps d'utilisation, les particules, accumulées dans les canaux du corps filtrant, en particulier sur la face amont, augmentent la perte de charge due au corps filtrant et altèrent ainsi les performances du moteur. Pour cette raison, le corps filtrant doit être régénéré régulièrement. La régénération consiste à oxyder les particules. Pour ce faire, il est nécessaire de les chauffer jusqu'à une température permettant leur inflammation. Le fonctionnement du filtre à particules produit un échauffement différent des différentes zones du corps filtrant, particulièrement pendant les phases de régénération (contrôlée ou non). Pendant ces phases, les zones du corps filtrant situées à proximité de la face aval sont plus chaudes que celles à proximité de la face amont car les gaz d'échappement transportent vers l'aval toute l'énergie calorifique dégagée par la combustion des particules. Ceci est d'autant plus important, lors du fonctionnement moteur avec un retour au ralenti subitement (dû à un levé de pied instantané) : dans ce cas-là, le corps filtrant étant à une température optimale pour l'oxydation des suies, l'injection de carburant est coupée (levée de pied) ne laissant passer que de l'air (avec une forte teneur en oxygène) et avec un débit massique très faible. Ces conditions provoquent un emballement (régénération incontrôlée), de la réaction de combustion de la suie ce qui a pour conséquence des montées très fortes en température et des gradients thermiques aussi bien radiaux qu'axiaux très importants.
En outre, compte tenu de la forme du filtre à particules et du trajet des gaz d'échappement qui en résulte, les particules ne s'accumulent pas nécessairement de façon homogène, s'accumulant par exemple de manière préférentielle dans la zone du filtre à proximité de son axe longitudinal, encore appelé coeur du corps filtrant. La combustion des particules provoque donc une élévation de température dans le coeur du corps filtrant supérieure à celle dans les zones périphériques.
Le trajet des gaz d'échappement chauds et le refroidissement de l'enveloppe métallique par l'air environnant, conduisent également à des températures supérieures au coeur du corps filtrant en absence de combustion des particules.
L'inhomogénéité des températures au sein du corps filtrant génère des dilatations locales d'amplitudes différentes. En outre, le filtre à particules est monté dans une ligne d'échappement et ne doit donc pas se déformer excessivement, sous peine de nuire au fonctionnement de cette ligne, par exemple en créant des fuites.
Il en résulte de fortes contraintes thermo-mécaniques, pouvant être à l'origine de fissures dans le corps filtrant diminuant la durée de vie du filtre à particules.
Pour remédier à ce problème, le document EP816065 propose d'utiliser des joints de liaison entre les corps, qui comprennent un réseau tridimensionnel de fibres de céramique noyées dans un ciment minéral. La cohésion du réseau de fibres et la liaison entre ce réseau et le ciment sont assurées par des substances d'encollage des fibres, dont l'une est minérale, et l'autre est organique. Mais la mise en œuvre d'un tel joint entre les corps est peu pratique en raison notamment de la rhéologie du joint. Le but de l'invention est de proposer un corps filtrant d'un système de dépollution des gaz d'échappement permettant de réduire les contraintes thermo-mécaniques.
A cet effet, l'invention propose un corps filtrant du type cité ci-dessus, caractérisé en ce que chaque canal est formé par au moins deux plans se coupant suivant l'axe du corps filtrant.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le corps filtrant est tubulaire à section circulaire, au moins un canal est formé par un tube à section circulaire et de rayon inférieur au rayon du corps filtrant et le corps filtrant et le tube sont coaxiaux.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, au moins un canal est formé par un deuxième tube à section circulaire et de rayon inférieur au rayon du corps filtrant et le corps filtrant et le deuxième tube sont coaxiaux. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, les canaux sont obturés de façon alternée à l'une de leurs extrémités.
L'invention propose également un système de dépollution des gaz d'échappement de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile qui comporte un corps filtrant. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le système de dépollution est un filtre à particules.
L'invention propose également d'utiliser dans un système de dépollution d'un véhicule automobile au moins un corps filtrant pour réduire les contraintes thermo-mécaniques appliquées sur le système de dépollution.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'exemples de réalisation en référence aux figures annexées.
La figure 1 représente une vue en perspective d'un corps filtrant selon un premier mode de réalisation de l'invention.
La figure 2 représente une coupe transversale d'un corps filtrant selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
La figure 3 représente une coupe transversale d'un corps filtrant selon un troisième mode de réalisation de l'invention. - A -
Des éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes chiffres de référence.
Tels que représentés aux figures 1 à 3, l'invention concerne un corps filtrant 2 d'un système de dépollution des gaz d'échappement de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Le système de dépollution peut être un filtre à particules. Ce corps filtrant 2 d'axe D dispose d'une face amont 1 et d'une face aval (non représentée). Il comporte également une pluralité de canaux 6 qui s'étendent entre la face amont 1 et la face aval. Chaque canal peut être obturé à l'une ou l'autre de ses extrémités. Les canaux peuvent être obturés de façon alternée par exemple en damier. Chaque canal 6 est formé par au moins deux plans J, K se coupant suivant l'axe D.
Selon un premier mode de réalisation, tel que représenté à la figure 1 , le corps filtrant 2 d'axe D est tubulaire à section circulaire et de rayon R. Chaque canal 6 est formé par au moins deux plans J, K se coupant suivant l'axe D. Tel que représenté à la figure 1 , les deux plans J, K, qui se coupent suivant l'axe D et qui se coupent avec la paroi 10 du corps 2, forment quatre canaux 6. La section transversale de ces canaux 6 est un secteur circulaire 4.
Selon un deuxième mode de réalisation, la figure 2 représente une coupe transversale d'un corps filtrant 2 d'axe D. Ce corps filtrant 2 est tubulaire à section circulaire et de rayon R. Les canaux 6 sont formés par quatre plans J, K, L, M se coupant suivant l'axe D et par deux tubes 7, 8. Ces deux tubes 7, 8 ont une section circulaire respectivement de rayon R1 et R2. Ces deux rayons R1 , R2 sont inférieurs au rayon R du corps filtrant 2. Dans notre mode de réalisation, le rayon R1 est supérieur au rayon R2. Le corps filtrant 2 et les tubes 7, 8 sont coaxiaux. Tel que représenté à la figure 2, les plans J, K, L, M qui se coupent suivant l'axe D et qui se coupent avec la paroi 1 1 , 12 respectivement des tubes 7, 8 et la paroi 10 du corps 2, forment vingt quatre canaux 6. La section transversale de ces canaux 6 est soit une portion de couronne 3 soit un secteur circulaire 4. Selon un troisième mode de réalisation, la figure 3 représente une coupe transversale d'un corps filtrant 2 d'axe D. Ce corps filtrant 2 est tubulaire à section carrée et de côté C. Les canaux 6 sont formés par quatre plans J, K, L, M se coupant suivant l'axe D et par deux tubes 7, 8. Ces deux tubes 7, 8 ont une section carrée respectivement de côté C1 et C2. Ces deux côtés C1 , C2 sont inférieurs au côté C du corps filtrant 2. Dans notre mode de réalisation, le côté C1 est supérieur au côté C2. Le corps filtrant 2 et les tubes 7, 8 sont coaxiaux. Tel que représenté à la figure 3, les plans J, K, L, M qui se coupent suivant l'axe D et qui se coupent avec la paroi 1 1 , 12 des tubes 7, 8 et la paroi 10 du corps 2, forment vingt quatre canaux 6. La section transversale de ces canaux 6 est un polygone 9 par exemple un triangle, un trapèze. En proposant des canaux 6 formés par au moins deux plans
J, K, L, M se coupant suivant l'axe D du corps filtrant 2, l'invention permet de renforcer radialement le corps filtrant. De cette façon, la déformation du corps filtrant 2 due en particulier aux forces thermo- mécaniques qui sont principalement radiales peut être limitée. L'invention permet ainsi de renforcer le corps filtrant 2 de façon à mieux résister aux forces thermo-mécaniques.
Cette invention n'est pas limitée aux trois modes de réalisation décrits et illustrés qui ont été donnés à titre d'exemple.
Le corps filtrant 2 peut, par exemple, avoir une section polygonale, de n côtés (un pentagone, un hexagone). Lorsque le numéro de côtés n tend vers l'infini, on rejoint les premier et deuxième modes de réalisation qui prévoient un corps filtrant 2 à section circulaire.
Cette invention peut également s'appliquer à un autre système de dépollution tel qu'un catalyseur.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Corps filtrant (2) d'un système de dépollution des gaz d'échappement de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, le corps filtrant (2) d'axe (D) comportant des canaux (6) caractérisé en ce que chaque canal (6) est formé par au moins deux plans (J, K, L, M) se coupant suivant l'axe (D) du corps filtrant (2).
2. Corps filtrant (2) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le corps filtrant (2) est tubulaire à section circulaire et de rayon (R) en ce qu'au moins un canal (6) est formé par un tube (7) à section circulaire et de rayon (R1 ) inférieur à (R) et en ce que le corps filtrant (2) et le tube (7) sont coaxiaux.
3. Corps filtrant (2) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins un canal (6) est formé par un deuxième tube (8) à section circulaire et de rayon (R2) inférieur à (R) et en ce que le corps filtrant (2) et le deuxième tube (8) sont coaxiaux.
4. Corps filtrant (2) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canaux (6) sont obturés de façon alternée à l'une de leurs extrémités.
5. Système de dépollution des gaz d'échappement de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile caractérisé en ce que le système de dépollution comporte un corps filtrant (2) selon l'une des revendications précédentes.
6. Système de dépollution selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système de dépollution est un filtre à particules.
7. Utilisation dans un système de dépollution d'un véhicule automobile d'au moins un corps filtrant (2) selon l'une des revendications précédentes pour réduire les contraintes thermo- mécaniques appliquées sur le système de dépollution.
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