Brevet FR2626783A1 — publié le 19890811

- I -- DISPOSITIF D'ELIMINATION PAR MICRO-ONDES DES PARb'ICULES CARBONEES CONTENUES DANS LES GAZ D ECHAPPEMENT DE MOTEURS THERMIQUES L'invention concerne un dispositif d'élimination par micro-ondes des particules carbonées contenues dans les gaz d 'échappement des moteurs thermiques. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif pour éliminer les particules carbonées contenues dans les gaz d'échappement d'un moteur Diésel dans lequel une source à micro-ondes et un conducteur du champ électromagnétique généré par ladite source est en liaison avec un résonateur monté sur un élément de la conduite des gaz d'échappement contenant un insert tel qu'un filtre a particules. La publication FR-A 2.5g8.61I0 propose deux solutions pour obtenir la combustion des particules carbonées soit en les faisant passer, soit sé6ourner dans les zones du résonateur o le champ électromagnétique est. maximum. 2O La présente inverrtion' se rapporte à l'utilisation d'un mode d'excitation d'une cavité cylindrique constitutive du résonateur adapté à l'emploi de filtres à particules en céramique disponibles dans l'industrie. L'invention a pour objet un -dispositif d 'élimination des particules carbonées et de nettoyage par micro-ondes d'un filtre placé dans un résonateur cylindrique accordé et excité en mode TM qOjp générant un champ électromagnétique transversal adapté à la matière constitutive du filtre tandis qu'une partie du flux de gaz d' échappement traverse le filtre et apporte P oxygène nécessaire à la combustion des particules carbonées retenues dans ce filtre. Un second obiet de l'invention est un moyen de mise en oeuvre du processus de nettoyage du filtre à la température des gaz d'échappement par suite d'une inversion pilotée du sens de circulation d'une partie de ces gaz qui traversent ce filtre dans le but d'assurer la combustion du -- ?626783 carbone déposé.sur la face avant du filtre et d'ameliorer le taux d' élimination des particules par rapport à la tecfinique antérieure qui' met en oeuvre un courarnt unidirectionnel au travers dui filtre des gaz d' échappement. Un troisième objet de l'invention est la mise en oeuvre d'un résonateur qui contient un filtre dont le diamètre est sensiblement inférieur au dia. mètre intérieur du résonateur et dont les extrémités amont et aval sont décalées vers l'intérieur de la cavité résonnante sur une distance prédéterminée, Cette disposition favorise la combustion des particules arr&tées à la périphérie du filtre et permet 1' utilisation optimale du filtre sans modification de la structure de celui-ci. De la sorte, les extrémités amont et aval du filtre delihnitent avec le résonateur deux chambres dans lesquelles débouchent respectivement deux arrivées du champ eélectromagnétique. Dans le dispositif ainsi réalisé) il est possible de charger plus complètement la cavité du 'résonateur et d'exciter celle-ci par un champ électromagnétique transversal en mode TM Olp dans lequel 0, 1 et p sont respectivement les modes de vibration du champ électromagnétique dans un système de coordonnées cylindriques ou p est un nombre entier de vibrations du champ suivant -l' axe longitudinal du résonateur tandis que O et 1 sont les modes de vibrations suivant la direction radiale définie par l'angle 0 par rapport audit axe longitudinal Selon un exemple de réalisation du dispositif, le champ électromagnétique est transmis dans la cavité résonnante par des antennes émettrices selon une direction transversale perpendiculaire à la lparoi de la cavité, D'autres caractéristiques et avantages du dispositif apparattront aà la description d'un mode de réalisation de celui-ci faite en référence au dessin annexé dans lequel la figure 1 est un exemple de réalisation du dispositif mettant en oeuvre deux filtres dans un système de régénération. La Figure. 2 est une vue en coupe axiale de la cavité résonnante avec un filtre qui montre la répartition des lianes de force du champ électromagnétique dans le mode d' exditation TN. 0, It 3. -3- La figure 3 est une vue en coupe radiale de la cavité résonnante qui montre la répartition radiale du champ électromagnétique. La figure 4 est une vue en coupe axiale d'une variante de réalisation du filtre placé dans la cavité résonnante. En se référant à la figure 1,i on voit un moteur I dont le conduit d'échappement alimente un dispositif d' &élimination par micro-ondes tel que décrit dans la publication FR-A 2.58&.610 déposée au nom de la demanderesse. Au moteur I est associé un système à deux cavités résonnantes 2, 3 disposées en parallèle dans lesquelles débouchent, au moyen d'antennes 4 ou d'orifices de couplage à iris, des micro-ondes de longueur d'ondeXvéhiculées par un conducteur creux 5 'du champ électromagnétique, à partir d'une source 6 à micro-ondes. Les cavités résonnantes 2, 3 comprennent respectivement des parois frontales 7, 8 perforées, séparées axialement d'une distance prédéterminée et une paroi périphérique 9 cylindrique ou elliptique. Les parois frontales 7,. possèdent respectivement un orifice principal d' admission 10 et d'échappement Il pour les gaz d'échappement du moteur I disposés 2 concentriquement au centre des parois 7, 8 et dont les diamètres prédéterminés assurent la concentration des ondes entre les parois. Dans chacune des cavités 2, 3 est placé un insert filtrant 13 isolé thermiquement à sa périphérie, dont le diamètre est ici sensiblement égal à celui de la cavité et dont les extrémités amont et aval définies conventionnellement d' apres le sens de circulation des gaz sont décalées vers l'intérieur de la cavité et délimitent deux chambres 14, 15 dans lesquelles débouchent, au travers d'un matériau diélectrique 19, des antennes 4 ou des iris qui permettent l'injection des micro-ondes générées par la source 6 au travers d'ouvertures circulaires ou rectangulaires. En excitant la cavité 2 ou 3 en mode TMI Olp dans lequel p = 3' conformément aux figures 2 et 3, ont voit que la répartition des lignes de force- du champ électrique sont telles que leur concentration est maximale. A titre d'exemples, on utilisera un filtre à base de fibres de mullite ou tout autre matière à pertes diélectriques faibles ou nulles et dont les propriétés réfractaires permettent la combustion directe des particules carbonées sans échauffement préalable du filtre, c' est-à-dire avec un minimum de dépense d'énergie. ' Selon le diamètre du filtre employé.celui-ci possède un évidement central longitudinal 17 obturé sur la face amont dans le but d' éliminer la concentration des micro-ondes au coeur du.filtre et suivant son axe et de réduire sa température et le risque de destruction à la suite d'un échauffement excessif. L' insert filtrant 13 est, par ailleurs, isolé thermiquement de la cavité résonnante par interposition d'un matériau 30. Dans le but de supprimer lés dép8ts de particules à la périphérie du filtre dans une zone difficile. à nettoyer consécutivement à une concentration insuffisante des rnmicro-ondes, on utilise un masque d'extrémité en forme de couronne -circulaire 13 qui délimite dans le filtre une zone, extérieure annulaire dans.laquelles les particules ne peuvent se-fixer.- Par voie de conséquence, on- obtient de la sorte: - une meilleure répartition des micro-ondes dans le.volume utile du filtre, une augmentation de la quantité de particules brûlées et un, meilleur rendement de la combustions * Un clapet de commutation 16 commande dirige le flux principal des gaz d' échappement vers le filtre en fonctionnement dont le résonateur est raccordé en aval à la conduite 12. Cette disposition constructive n'est pas limitative du fait que l'on pourra idériver temporairement les gaz d' échappement au travers d'un conduit bv-pass sans filtre en procédant au nettoyage d.un filtre principal unique tel que décrit précédemment On notera que le débit des gaz d' échappement ou de 1' air traversait le , filtre pendant le nettoyage doit être suffisant pour entretenir. la combustion des particules mais limité pour.eéviter d'évacuer trop rapidement les calories produites qui Darticipent à l'entretien de cette combustion. Ce débit peut être unidirectionnel rmais on observe que la modification du sens de circulation des gaz dans le filtre pendant le nettoyale permet d'augmenter le rendement de la combustion. En effet, dans un premier temDs, le sens de circulation aval.- amont favorise dans le filtre la création d'une zone de combustion qui part du centre vers la face avant du filtre, qui pourra être nettovée au cours de la combustion. Le sens de circulation amont - aval favorise la. création d'une autre zone de combustion équivalente qui s'étend du centre vers la face arrière du filtre. Lin microprocesseur de commande non représenté assurera le pilotage de 1 l ensemble du processus de nettoyage du filtre. Lorsque le filtre possède sensiblement le mêmrne diamètre extérieur que la cavité résonnante, son diamètre utile sera réduit par le masquage de la zone périphérique et centrale ainsi que représenté à- la figure 2. La figure 4 décrit un filtre dont la structure n est pas modifiée et qui peut être un filtre courant du commerce. Dans. ce cas, le diamètre intérieur de la cavité du résonateur est sensiblememnt plus grand que le diamètre extérieur du filtre. Le filtre i13 est positionné axialememrnt et radialement par des anneaux en matériau diélectriques ou par tout autre dispositif qui permet de délimiter autour du filtre un espace annulaire dans lequel le champ des micro-ondes est relativement faible et ne participe pas à la combustion. Les anneaux 20 remplissent de la sorte la fonction de la couronne annulaire 18. =6 REVENDICATIONS 1. Dispositif d' élimination par micro-ondes des particules contenues dans les gaz d' échappement des moteurs Diésel dans lequel une source ( a) à micro-ondes (X) et un conducteur (5) du champ électromagnétique géenere par ladite source est en liaison avec un résonateur (2 ou 3) monté sur un élément de la conduite (12) des gaz d' échappement qui contient un insertcaractriss par le fait que l'insert est constitué par un filtre (13) dont les extrémités amont et aval sont décalées vers i0 l'intérieur de la cavité définie par le résonateur et délimitent deux chambre (14, 15) dans lesquelles débouchent respectivement -des conducteurs (4) du champ électromagnétique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le resonateur délimite une cavité cylindrique excitéeen mode TM Olp. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le champ électromagnétique est introduit dans le résonateur par des antennes émettrices (4), des iris au travers d'ouvertures circulaires ou rectangulaires. 4. Dispositif selon P une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le filtre est à base de matériaux réfractaires à faibles pertes diélectriques. -. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le filtre possède un évidement central longitudinal (7) fermé à une extrémité et/ou un masque d' extrémité en forme de couronne circulaire qui délimite dans le filtre une zone extérieure annulaire dans laquelle les particules ne peuvent se fixer. 6. Dispositif selon I'une quelconque des revendications I à 5 dans lequel au moins deux résonateurs sont disposés en parallèle dans la-condulte des gaz d.échappement respectivement dans. des dérivations de celle-ci et qu'un clapet de commutation (16) dirige le flux vers un filtre (13) dont le résonateur (2, 3) est raccordé sur la conduite d' chappement (12) ou sur un autre filtre dans le but d'.avoir toujours un filtre qui se charge de particules et au moins un autre filtre en phase ?626783 -7" d' élimination par micro-ondes de particules sous faible débit de gaz d'échappement du moteur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le sens de circulation des gaz nécessaires à la combustion au cours de la phase d'élimination par micro-ondes des particules, est inversé au moins une fois pendant ladite phase. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérise par le fait que le gaz I0 nécessaire à la combustion est de l'air. 9. Dispositif selon. l'une quelconque des revendicatiofis 1, 2, 4, 6, caractérisé par le fait que le diarnmtre du filtre est sensiblement inférieur au diamètre intérieur du résonateur et que ledit filtre est maintenu dans le résonateur par un moyen de calage.