Brevet FR2502244A1 — publié le 19820924

i.- Procédé et dispositif pour éliminer la suie des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. La présente invention se rapporte à un procédé pour éliminer la suie des gaz d'échappement d'un moteur à com- bustion interne, en particulier d'un moteur diesel, procédé dans lequel les gaz d'échappement sont conduits à travers le milieu filtrant d'un filtre à suie en vue du dép8t de la suie et dans lequel la suie ainsi déposée est amenée, pendant la marche du moteur à combustion interne, à la combustion, grâce à l'utilisation d'additifs, ainsi qu'un dispositif pour l'exécu- tion de ce procédé. Les gaz d'échappement, en particulier ceux des moteurs diesel contiennent des particules de suie qui, dans la mesure du possible, ne doivent pas parvenir à l'air libre pour éviter de polluer l'environnement. Dans ce but, on dispose dans le courant de gaz d'échappement des filtres à suie qui contien- nent un milieu filtrant résistant à la haute température en vue du dépôt de la suie. Pendant la marche du moteur à combustion interne, il se forme peu à peu sur le milieu filtrant, une cou- che de suie qui s'est déposée et qui accroit la résistance de passage du milieu filtrant. Si on laisse augmenter de façon quelconque la résistance de passage, le milieu filtrant se bou- che finalement ou bien la suie est entrainée à travers le mi- lieu filtrant et parvient à l'air libre sans qu'on le veuille. Il est connu de limiter l'accroissement de la résistance de passage du filtre à suie en brûlant de temps à autre la suie déposée. Dans des procédés connue, on a besoin ici, en plus de la présence d'oxygène, de températures que les gaz d'échappement ne présentent généralement pas, au moins en marche à vide ou à charge partielle et que l'on ne peut donc ob- tenir que par apport d'énergie étrangère. Le brevet DE-OS 27 56 570 propose, pour les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne, un filtre que l'on peut chauffer et dans lequel, en vue de la combustion des particules de suie qui s'y sont déposées, il faut porter un lit filtrant constitué de fibres métalliques à des températures suf- fisamment élevées grâce à un élément chauffant électrique dis- posé en amont. Du fait que les gaz d'échappement traversent ce lit filtrant chauffé et évacuent donc de la chaleur, cet élément chauffant nécessite une énergie électrique relativement impor- 2.- tante. l-e brevet DE-OS 27 50 960 propose, dans le cou- rant de gaz d'échappement de moteurs à combustion interne de compresseurs d'airt un filtre à suie dans lequel la suie déposée sur des fibres de céramique doit donner lieu à une combustion spontanée. Comme indiqué cidessus, cela ne se produit que de façon limitée. Dans le filtre à suie du brevet DE-OS 28 15 365, en vue de la combustion de la suie déposée sur le milieu filtrant, le courant de gaz d'échappement est périodiquement chauffé au moyen d'un gaz inflammable introduit dans une chambre de combus- tion. Mais on ne dispose pas sans autre d'un tel gaz et ceci conduit, comme les autres dispositifs connus utilisés en vue de la combustion de la suie, à des températures relativement élevées qui nécessitent une construction relativement réfrac- taire du filtre à suie. De plus, dans ce cas également, on a besoin d'une importante quantité d'énergie car la totalité du courant de gaz d'échappement doit etre amenée à la température nécessaire pour la combustion de la suie. L'invention a pour objet de réduire la dépense d'énergie nécessaire en vue de la combustion de la suie déposée sur le milieu filtrant, par rapport aux dispositifs connus. Se- lon l'invention, cet objectif est atteint par le moyen qu'un produit éliminateur de la suie, sous forme pulvérulente ou li- quide, lorsque l'on a atteint une résistance de passage fixée du milieu de filtration, ainsi qu'une température fixée du filtre à suie, est ajouté, à partir d'un récipient aux gaz d'échappement, en amont du milieu filtrant, en quantité dosée et finement répartie par de l'air comprimé. le produit éliminateur de suie, amené en amont du milieu filtrant par l'air comprimé, se répartit sur ce mi- lieu filtrant et abaisse notablement la température d'inflamma- tion de la suie déposée. Sans qu'il soit nécessaire de chauf- fer des gaz d'échappement, il est alors possible d'amener la suie à la combustion en quantité suffisante car les basses tem- pératures nécessaires dans le filtre à suie sont atteintes re- lativement fréquemment. D'autre part, le processus de combus- tion dans le filtre à suie ne fait appara tre au total que les températures relativement basses, de sorte que l'on peut ne po- ser que des exigences plus légères du point de vue de la résis- 3.- tance à la température en ce qui concerne le matériau utilisé et sa construction. Comme produit éliminateur de suie, on ajoute de préférence du chlorure cuivreux à une température dans le filtre à suie d'au moins 3500C. Le chlorure cuivreux abaisse la tempé- rature d'inflammation de la suie adhérente au milieu filtrant jusqu'aux environs de 3500C et on en dispose à un prix intéres- sant en quantité suffisante. De préférence, comme produit éliminateur de suie, on ajoute chaque fois une quantité dosée de 0,5 à 2,5 cm3 de chlorure cuivreux pulvérulent pour unG puissance motri- ce de 70 kilowatts. La quantité optima, qui peut varier à l'in- térieur des limites indiquées, dépend en particulier de la quantité de suie, et donc la résistance de passage du milieu filtrant que l'on peut autoriser comme valeur maxima, et cette quantité doit être déterminée par des essais. Un autre avantage réside en l'amenée du produit éliminateur de suie par l'intermédiaire d'une conduite tubulaire et prévoit que cette conduite tubulaire après le processus de dosage, est rincée par de l'air comprimé en aval du dispositif de dosage. On interdit de cette façon que la conduite tubulaire soit finalement obstruée par le produit pulvérulent éliminateur de la suie. Le dispositif pour l'application du procédé men- tionné ci-dessus est réalisé de façon à ne présenter qu'un fai- ble encombrement et il ne nécessite qu'une quantité d'énergie relativement faible. Il convient donc particulièrement bien également aux moteurs à combustion interne des véhicules. Le fait de disposer la conduite tubulaire avec une pente sur tout son parcours, garantit qu'il n'y a nulle part de dépôt d'eau de condensation qui, lorsque l'on opère avec Mn produit élimina- teur de suie pulvérulent, pourrait conduire à l'obstruction de la conduite et, lorsque l'on opère avec un produit liquide, pour- rait conduire à sa dilution et pourrait donc compromettre son action optima. Du fait de l'installation du dispositif de dosage dans la conduite tubulaire, le réservoir de produit éliminateur de suie, relié ' la conduite d'air comprimé, peut rester en permanence sous pression, ce qui accro t la précision du dosage. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des dessins annexés représentant des 4.- exemples de réalisation de linvention, dessins dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un dis- positif selon l'invention, - la figure 2 est une autre représentation sché- matique du dispositif de la figure 1. Un filtre à suie 1 comporte un carter 2 qui com- prend une enveloppe cylindrique 3 fermée sur ses deux faces frontales, par des couvercles 6 et 7 respectivement munis de tubulures de raccordement 4 et 5. Une garniture de filtre 9 con- tient un milieu filtrant cylindrique 10 en fibres de bioxyde de silicium, donc en un matériau fortement réfractaire. Par l'une de ses faces frontales, le milieu filtrant 10 s'appuie de fa- çon étanche contre le couvercle 7 et, à son autre face frontales il est fermé par un disque 11. La garniture de filtre 9 sépare, dans le carter 2, une chambre de gaz brut 12 d'une chambre de gaz purifié 13. La température qui règne dans la chambre de gaz brut 12 est surveillée par un thermoélément 20 qui agit sur un thermostat- 21 dont le contact électrique se ferme lorsque l'on dépasse une température donnée. La pression qui règne dans la chambre de gaz brut 12 est surveillée par un manostat 23 relié par une tubulure 22 et dont le contact électrique se ferme lors- que l'on dépasse une pression donnée. Une conduite d'air comprimé 29 débouche dans un réservoir 30 qui contient, comme produit éliminateur 31 de la suie, du chlorure cuivreux. Une conduite tubulaire 32 traverse le couvercle du réservoir 33 et s'étend, sous forme de tube plongeur 34, jusqu'au voisinage du fond de réservoir 35. La con- duite tubulaire 32 débouche dans la chambre à gaz brut 12 au voisinage du couvercle 6 du filtre à suie 1 et, comme on le voit sur la figure 2, présente une pente sur tout son parcours. Elle comporte un dispositif de robinet de dosage 36 comprenant deux robinets d'arrêt 37 et 39 à manoeuvre électromagnétique, munis chacun d'un ressort de rappel et jouant le r8le de robinets dis- tributeurs à deux positions, ainsi qu'un relais de temporisation 40. A la conduite dtair comprimé 29, est reliée une conduite de bypass 43 qui comporte un robinet d'arrêt 44 Jouant le rAle de robinet distributeur à deux positions, et qui débou- che dans la conduite tubulaire 32 en aval du dispositif de robi- 5.- net de dosage 36. En marche pratique, le filtre à suie 1 est re- lié par ses tubulures 4 et 5 à une conduite de gaz d'échappement, non représentée, d'un moteur à combustion interne et il est traversé dans le sens de la flèche. Les gaz d'échappement y tra- versent le milieu filtrant 10 radialement de l'extérieur vers l'intérieur, opération dans laquelle la suie contenue dans le gaz d'échappement se dépose. Du fait que la couche de suie s'ac- croit sur le milieu filtrant 10, la pression qui règne dans la chambre de gaz brut 12 s'accroit jusqu'à ce que l'on atteigne finalement une valeur déterminée et que le manostat 23 ferme son contact électrique. Si l'on fait alors tourner le moteur à combustion interne à une puissance qui fait monter la tempé- rature dans la chambre de gaz brut 12 au-dessus d'une valeur déterminée, par exemple 3800C, le thermostat 21 ferme égale- ment son contact électrique indépendamment du manostat 23. Le courant électrique passe alors de la batterie 45 au robinet d'arrét 39 par le conducteur 50 et les contacts électriques fermés du thermostat 21 et du manostat 23; ce courant excite la bobine du robinet 39 de façon à déplacer le tiroir du robi- net, depuis sa position de repos représentée sur la figure 1, pour atteindre la position d'ouverture, en agissant contre la force du ressort de rappel, libérant ainsi le trajet pour l'air comprimé. L'air comprimé passe alors par la conduite 29 pour parvenir dans le réservoir 30 à partir duquel il transporte dans la chambre du gaz brut 12 le chlorure cuivreux agissant comme produit éliminateur de suie 31, par l'intermédiaire de la conduite tubulaire 32 et des deux robinets d'arrOt, ouverts 39 et 37. Du fait que les gaz d'échappement s'écoulent simulta- nément, le produit éliminateur de suie 31 se répartit finement sur la couche de suie, déposée sur le milieu filtrant 10, qui brOle alors. Après l'écoulement d'un temps donné, proportion- nel à la quantité ajoutée souhaitée du produit éliminateur de suie 31, le relais de temporisation 40 se ferme et le courant électrique peut alors passer par le conducteur électrique 51 pour parvenir au robinet d'arrgt 37 et exciter sa bobine. Le tiroir du robinet d'arrêt 37, représenté en position de repos dans la figure 1, est alors amené, en agissant contre la force du ressort de rappel, dans son autre position dans laquelle il 6. ferze la conduite tubulaire 31 et termine donc le processus de dosage. Simultanément, le robinet d'arrêt 44 reçoit du courant par l'intermédiaire du conducteur électrique 52 et sa bobine déplace le tiroir, représenté sur la figure 1 en position de repos, en agissant contre la force du ressort de raopel pour parvenir en position ouverte. La conduite de dérivation 43 est alors libérée et l'air comprimé peut, en shuntant le disuositif de robinet de dosage 36, rincer la conduite tubulaire 32 en aval du dispositif de robinet de dosage 36. Du fait de la combustion de la suie qui se trou- ve dans le filtre 1, la résistance de passage du milieu filtrant s'abaisse, de sorte que le manostat 23 ouvre son contact é- - lectrique. Le passage du courant est interrompu et les tiroirs des robinets d'arrêt 37, 39 et 44 reviennent à leurs positions de repos représentées sur la figure 1. La conduite tubulaire 32 est alors à nouveau fermée par le robinet d'arrêt 39 et la con- duite de dérivation 43 par le robinet d'arrêt 44. Si l'on utilise comme produit éliminateur de suie, du chlorure cuivreux sous forme pulvérulente, avant de faire passer l'air comprimé dans le réservoir 30, il convient, du fait des caractéristiques hygroscopiques du chlorure cui- vreux, de le faire traverser un dispositif desséchant. A la place du courant électrique utilisé dans l'exemple d'exécution, on peut également utiliser comme source d'énergie de l'air comprimé ou un fluide sous-pression. Les élé- ments de régulation doivent alors présenter une structure qui convient pour une exploitation pneumatique ou hydraulique. Comme élément de temporisation, on peut alors utiliser, par exemple, un étranglement dans une conduite tubulaire. 7.- R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Procédé pour éliminer la suie des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, en particulier d'un moteur diesel, procédé dans lequel les gaz d'échappement sont conduits à travers le milieu filtrant d'un filtre à suie en vue du dép8t de la suie et dans lequel la suite ainsi dépo- sée est amenée, pendant la marche du moteur à combustion interne, à la combustion, grâce à l'utilisation d'additifs, caractérisé en ce qu'un produit éliminateur de la suie (31), sous forme pul- vérulente ou liquide, lorsque l'on a atteint une résistance de passage fixée du milieu de filtration (10), ainsi qu'une tem- pérature fixée du filtre à suie (1), est ajouté, à partir d'un récipient (30), aux gaz d'échappement, en amont du milieu fil- trant (10), en quantité dosée et finement répartie par de l'air comprimé. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que, comme produit éliminateur de la suie (31), on ajoute du chlorure cuivreux à une température du filtre à suie (1) d'au moins 350 C. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que, comme produit éliminateur de la suie (31), on ajoute, en quantité dosée, 0,5 à 2,5 cm3 de chlorure cuivreux pulvérulent pour une puissance motrice de 70 kilowatts. 4.- Procédé selon la revendication 3, avec ad- dition du produit éliminateur de suie par l'intermédiaire d'une conduite tubulaire, caractérisé en ce que la conduite tubulaire (32) est, après le processus de dosage, rincée à l'air comprimé en aval du dispositif de dosage (36). 5.- Dispositif pour l'application du procédé selon la revendication 1, comportant un carter de filtre et une garniture de filtre qui sépare, dans le carter de filtre, une chambre de gaz brut d'une chambre de gaz purifié et qui comprend un milieu filtrant résistant à haute température, en vue du dé- pôt de la suie, comportant également un dispositif pour la com- bustion commandée de la suie déposée sur le milieu filtrant, caractérisé en ce qu'un réservoir (30) de produit éliminateur de suie (31), fermé et pouvant se raccorder à sa partie supé- rieure à une conduite d'air comprimé (29), est relié au filtre à suie (1) par l'intermédiaire d'une conduite tubulaire (32) qui débouche dans la chambre à gaz brut (12) et s'étend, sous 8.- 2502244 forme d'un tube plongeur (34), depuis le haut jusqu'au voisinage du fond du réservoir (35), conduite qui présente unepente sur tout son parcours et qui, près du réservoir (30), contient un dispositif de robinet de dosage (36) qui s'ouvre pour une durée déterminée lorsque l'on atteint une résistance de passage dé- terminée du milieu filtrant (10) et une température déteram née dans la chamtbre à gaz brut (12). 6.- Dispositif selon la revendication 5 pour l'application du procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu une conduite de dérivation (43) qui peut se raccorder à la conduite d'air comprimé (29) , qui débouche en aval du dispositif de robinet de dosage (36) dans la conduite tubulaire (32) et qui contient un robinet d'arrêt (44) qui se met en position d'ouverture à la fin du processus de dosage et qui est fermé lorsque l'on est en-dessous de la résistance de passage déterminée du milieu filtrant (10) et/ou de la tempéra- ture déterminée dans la chambre à gaz brut (12). 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