Brevet FR2579667A1 — publié le 19861003

L'invention a pour objet un dispositif de sépa- ration des particules de noir de fumée des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à compression d'air, à auto- allumage, comprenant une chambre montée dans Le conduit d'échappement de ce moteur et traversée par les gaz d'échap- pement. Les moteurs à combustion interne à compression d'air à auto-allumage, ou moteurs Diesel, à injection directe ou indirecte, émettent, du fait même du mode de fonctionnement des moteurs Diesel, du noir de fumée sous forme de particules de grosseurs très variables qui sont entrainées dans le cou- rant des gaz d'échappement. Ces particules de noir de fumée qui se forment principalement quand le moteur travaille à pleine charge et lors des accélérations doivent naturellement être évitées pour des raisons de propreté de l'environnement. Une amélioration relativement importante a été obtenue dans ce domaine grâce à l'utilisation de moteurs suralimentés, car ceux-ci travaillent avec un excédent d'air et par conséquent émettent relativement peu de noir de fumée. Mais la séparation du noir de fumée prend une importance toute particulière lorsque, par suite de différentes mesures prises pour réduire l'émission de NOx, on assiste à une augmentation de l'émission de noir de fumée. Une diminution simultanée de l'émission de NO et de l'émission de noir de fumée ne peut être obtenue que x par des mesures spéciales, comme par exemple le montage de fil- tres à noir de fumée dans le conduit d'échappement. Il est déjà connu de monter dans le conduit d'échap- pement des moteurs à compression d'air à auto-allumage des filtres à noir de fumée sous la forme de corps monolithique en céramique à travers lesquels doivent passer les gaz d'échap- pement. Pendant qu'elles traversent le corps en céramique à pores minces, les particules de noir de fumée sont éliminées par filtrage. Mais il est nécessaire ici de prévoir une régé- nération intermittente ou continue du filtre, c'est-à-dire que les particules de noir de fumée qui viennent d'être arrêtées doivent être éliminées pour que la perméabilité du filtre vis à vis des gaz d'échappement soit conservée dura- blement sinon, non seulement le moteur à combustion interne perdrait en puissancemais il consommerait de pLus en plus de carburant et deviendrait même tout à fait incapable de fonctionner. Dans les dispositifs connus à cet effet, la régénération des filtres s'effectue par brOlage du noir de fumée soit automatiquement lorsque la température dans Le filtre atteint un niveau suffisamment élevé d'environ 400 à 8001C, soit par l'emploi de brOleurs disposés de façon parti- cuLière qui produisent la température nécessaire. Outre la dépense technique qui en résulte, une régénération de ce genre peut tre la cause de difficultés lorsqu'avec un filtre rela- tivement chargé le moteur passe brusquement à une allure de marche qui correspond au domaine des températures élevées des gaz d'échappement, c'est-à-dire au domaine de La pleine charge, parce qu'il peut se produire alors une entrée en combustion soudaine du noir de fumée avec un fort dégage- ment de chaleur capable de provoquer même la destruction du filtre. On connaît aussi déjà des filtres électrostati- ques à noir de fumée avec lesquels les particules de noir de fumée chargées positivement ou négativement se déposent sur des plaques mises sous tension et sont recyclées par un ensemble de conduites de retour des gaz d'échappement à l'ad- mission du moteur à combustion interne. Etant donné que, dans ce cas, les particules de noir de fumée reviennent dans la chambre de combustion du moteur, on fait évidemment l'économie d'une régénération spéciale du filtre mais il en résulte une aggravation de l'usure du moteur à combustion interne sous l'effet de ces particules de noir de fumée. Les taux d'usure peuvent atteindre alors un niveau plusieurs fois supérieur aux taux d'usure normaux sans recyclage de gaz d'échappement enrichis en particules de noir de fumée. L'invention a donc pour but principal de faire disparaître ces défauts et d'apporter un dispositif du type défini plus haut avec Lequel il-est possible de récupérer d'une autre manière Le noir de fumée qui est du carbone pur de grande valeur. Ce résultat est obtenu selon l'invention grâce au fait qu'un récipient vidabLe ou remplaçabLe de réception des particules de noir de fumée est raccordé à la chambre qui est dotée de cloisons en chicane ou de moyens analogues pour faire subir au courant de gaz d'échappement une multiplicité de changements de direction, et au moins une partie des cLoi- sons en chicane est montée mobile dans la chambre; en variante, iL est prévu un dispositif de râclage de ces mêmes cloisons. Les particules de noir de fumée qui se séparent du courant de gaz d'échappement subissant de nombreux change- ments de direction et qui adhèrent aux tôles en chicane sont donc retirées mécaniquement de ces tôles à l'aide du disposi- tif de râclage ou, lorsque les tôLes en chicane sont mobiles, les particules tombent dans le récipient de réception sous l'effet des secousses résultant du fonctionnement du moteur; ce récipient peut alors être vidé ou remplacé. Dans tous Les cas, Les tôles disposées en chicane sont en permanence débar- rassées des particules de noir de fumée déjà déposées de sorte que leur capacité de fonctionnement n'est pas affectée et que rien ne vient diminuer la facilité de passage à travers le dispositif. Pour empêcher le courant des gaz d'échappement de passer par le récipient de réception pendant le fonctionnement normal et, par conséquent de ne pas balayer Les cloisons en chicane, il est prévu entre la chambre et le récipient de réception une grille avec des ouvertures de passage pouvant être fermées ou, au moins, un clapet de fermeture. Selon une caractéristique particulièrement avan- tageuse il est prévu dans le récipient de réception un piston coulissant servant à compacter les particules de noir de fumée qui s'accumuLent dans ce récipient. On peut de cette façon diminuer l'encombrement dudit récipient de réception et recueiLLir néanmoins une quantité de noir de fumée reLati- vement grande avant que le récipient de réception ait besoin d'être vidé. Selon un perfectionnement de l'invention, au moins une partie des cloisons en chicane est constituée par des plaques séparatrices reliées à une source de tension électrique dont eLLes peuvent être déconnectées temporaire- ment. On a ainsi un dispositif séparateur électrostatique de fonctionnement connu, mais l'avantage de celui-ci est que, les plaques séparatrices étant suspendues et mobiles, pendant qu'elles sont déconnectées de la source de tension, le noir de fumée qui y adhère tombe de lui-même dans le récipient de réception sous l'effet des secousses produites par Le fonction- nement du moteur. NatureLLement le raccordement des cLoisons en chicane à une source de tension électrique provoque une amélioration considérable de l'effet de séparation mais Le dispositif est avantageux aussi lorsqu'on prévoit un moyen particulier de r clage pouvant être actionné à voLonté. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, une partie au moins des cloisons en chicane est constituée par des disques montés de préférence sur un arbre commun, tournant à travers des fentes d'une plaque de râclage ou d'un élément analogue. Lorsque les disques tournent en passant dans les fentes, la couche de noir de fumée déposée est râclée d'une façon certaine, la rotation des disques pou- vant s'effectuer de façon continue pendant que le moteur fonc- tionne, ou bien à certains intervalles de temps, ou encore à la main quand le moteur est arrêté. IL est possible d'action- ner le dispositif de r clage dans son ensemble ou de commander la rotation des disques à travers les fentes en fonction de paramètres de marche du véhicule équipé du moteur. Avec un dispositif dont certaines cloisons en chicane sont des disques rotatifs il faut évidemment que Le noir de fumée soit déposé exclusivement sur ces disques et non sur les autres cloisons car il ne peut être facilement retiré que des disques. Il est donc prévu selon l'invention, une polarisation des particules de noir de fumée en avant de la chambre et une polarisation inverse des disques rotatifs. Pour obtenir que, lorsque les disques tournent, le noir de fumée r clé tombe bien dans le récipient de récep- tion et que, par exemple, il ne reste pas sur la plaque de râclage à l'intérieur de l'espace de la chambre traversée par le courant de gaz d'échappement, il est prévu que, la plaque de râclage étant sensiblement horizontale et les fentes s'éten- dant sur la totalité du diamètre du disque, seule est munie d'un bord de râclage la partie de la fente dans laquelle le disque passe du haut vers le bas quand il tourne. Un dispositif conforme à l'invention est représen- té à titre d'exemple sur le dessin annexé o: - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un dispositif de séparation des particules de noir de fumée à partir des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à auto-allumage à compression d'air; - la figure 2 montre de la même façon que la figure 1 un autre mode de réalisation du dispositif; - la figure 3 est une vue en coupe transversale correspondante; - la figure 4 est une vue en coupe partielle selon la ligne IV-IV de la figure 3. Dans le conduit des gaz d'échappement 1 d'un moteur à combustion interne à auto-allumage à compression d' air, non représenté, est prévue une chambre 2 qui, pour faire effectuer au courant d'écoulement des gaz d'échappement de multiples changements de direction, est équipée de cloisons en chicane 3, 4 et, à sa partie inférieure, d'une grille 5 dont les ouvertures de passage peuvent être obturées. En dessous de la grille 5 se trouve un récipient de réception 6 qui présente une ouverture de vidage pouvant être fermée par un clapet 7 et dans lequel il est prévu un piston 8 coulis- sant destiné à compacter les particules de noir de fumée qui s'accumulent dans le récipient de réception 6. La référence 9 désigne un moyen de raclage qui présente des fentes corres- pondantes aux cloisons en chicane 3, 4 et qui peut être enfoncé ou tiré au moyen d'une anse 10. Les cloisons en chicane 3, 4 peuvent être connectées à une source de tension électrique et en être déconnectées temporairement afin de provoquer une séparation électrostatique des particules de noir de fumée contenues dans les gaz d'échappement qui passent à travers la chambre 2. Dans le mode de réalisation des figures 2 à 4 les cloisons en chicane 3a sont des disques montés sur un arbre commun I1l et qui peuvent tourner en passant dans des fentes 12 d'une plaque de raclage horizontale 13. Les fentes 12 présentent des bords de raclage 14 uniquement le long de leurs segments qui, lorsque les disques 3a tournent tous ensemble avec l'arbre 11, sont parcourus de bas en haut, afin que le noir de fumée ne reste pas sur la plaque de râclage 13. Au lieu de prévoir une grille on peut aussi munir la chambre 2 de deux volets de fermeture 15. Avec le mode de réalisation illustré par les figures 2 à 4, il est avantageux de polariser les particules de noir de fumée avant la chambre 2 dans un dispositif de décharge à effet corona et de polariser les disques 3a à la polarité opposée à celle des particules de noir de fumée afin que ces particules ne se déposent que sur les disques 3a rotatifs. REVENDICATIONS 1. Dispositif de séparation des particules de noir de fumée à partir des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à auto-allumage à compression d'air, comprenant une chambre montée dans le conduit des gaz d'échap- pement de ce moteur et à travers laquelle passent les gaz d'échappement, caractérisé en ce que la chambre (2) est munie de cloisons en chicane (3,4; 3a,4) faisant effectuer de multiples changements de direction au courant des gaz d'échap- pement et elle est raccordée à un récipient de réception (6) des particules de noir de fumée pouvant être vidé ou remplacé, au moins une partie des cLoisons en chicane (3,4; 3a, 4) étant montée mobile à l'intérieur de la chambre (2). 2. Dispositif de séparation des particules de noir de fumée à partir des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à auto-allumage à compression d'air, comprenant une chambre montée dans le conduit des gaz d'échap- pement de ce moteur et à travers laquelle passent les gaz d'échappement, caractérisé en ce que la chambre (2) est munie de cloisons en chicane (3, 4; 3a, 4) faisant effectuer de multiples changements de direction au courant des gaz d'échap- pement et elle raccordée à un récipient de réception (6) des particules de noir de fumée pouvant être vidé ou remplacé, les cloisons en chicane (3,4) étant fixes en position et associées à un moyen de râclage (9) de leur surface. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1, 2,caractérisé en ce qu'il est prévu entre la chambre (2) et le récipient de réception (6) une grille (5) avec des ouvertures de passage pouvant être fermées, ou, au moins, un clapet de fermeture. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que, dans le récipient de réception (6) est disposé un piston (8) coulissant destiné à compacter les particules de noir de fumée qui s'accumulent dans ce récipient (6). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1, 2 caractérisé en ce qu'une partie au moins des cloisons en chicane (3,4; 3a, 4) est formée par des plaques de séparation reliées à une source de tension électrique et pouvant en être déconnectées temporairement. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1, 5 caractérisé en ce qu'une partie au moins des cloisons en chicane (3a,4)est constituée par des disques (3a) montés de préférence sur un arbre (11) commun pour tourner en passant dans des fentes (12) d'une plaque de râcLage (13). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 5, 6 caractérisé en ce que les particules de noir de fumée étant polarisées en avant de la boîte (2), les plaques en chicane (3,4; 3a,4) ou les disques (3a) sont polarisés à la polarité opposée à celle des particules de noir de fumée. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 6,7 caractérisé en ce que la plaque de râclage (13) étant disposée sensiblement horizontalement et les fentes (12) s'étendant sur toute la longueur du diamètre du disque, seule est munie de bords de râclage (14) la partie de fente que les disques parcourent de bas en haut lorsqu'ils tournent.