Brevet FR2638486A1 — publié le 19900504

2638486. Filtre à suies pour véhicules Diesel La présente invention se rapporte à un filtre a suies pour véhicules Diesel, équipé d'un dispositif régéné- rateur. La réduction des particules de suies (particules Diesel) dégagées lors du fonctionnement de moteurs Diesel peut rendre plus attrayante l'utilisation de ces moteurs Diesel, suite à des nuisances considérablement moindres im- posées à l'environnement. L'emploi de filtres à suies, dans le système d'échappement de moteurs Diesel, est en mesure de retenir une part notable des particules de suies des gaz d'échappement. Toutefois, un problème réside dans le fait que des filtres apparemment adéquats, en particulier des filtres consistant en de la filasse de céramique ou en des garnitu- res de fibres céramiques, s'obstruent relativement vite et perdent, par conséquent, leur effet de filtration. Pour régénérer des filtres de ce type, il a déjà été proposé d'éliminer, par combustion, les particules de suies renfermées par le matériau de filtration, à l'aide d'un brûleur. Il a également été proposé, en vue d'abaisser la température d'inflammation des suies, de pulvériser un agent d'oxydation dans le filtre. La régénération de filtres à suies doit être effec- tuée par intervalles de temps déterminés (mesurables en fonction des heures de service ou de l'accroissement de pression des gaz d'échappement en circulation). Etant donné que le processus de régénération réclame un certain temps, et qu'une mise à l'arrêt du moteur ne peut pas être envisa- gée durant cette période, l'on peut disposer parallèlement deux filtres à particules Diesel, dont l'un respectif est branché sur le trajet des gaz d'échappement, cependant que l'autre est précisément régénéré, ou bien est en attente d'utilisation une fois la régénération achevée. Les effets recherchés, consistant à maintenir la plus faible possible la quantité de carburant consommée par un moteur, devraient naturellement aussi s'accompagner de l'objectif consistant à maintenir faible la puissance des brûleurs lors de la ré- génération de filtres à particules Diesel. L'invention a pour objet de fournir un filtre à suies du type cité en introduction, qui permette une régé- nération moyennant une faible consommation d'énergie, et garantisse par ailleurs un fonctionnement fiable. Conformément à l'invention, dans un filtre à suies, cet objet est atteint grâce aux caractéristiques suivantes: a) deux filtres séparés à particules Diesel sont reliés à un silencieux préalable, par l'intermédiaire de canaux distincts; b) les canaux débouchent radialement et/ou tangentiellement dans un pré-compartiment du filtre considéré à particules Diesel; et c) un brûleur est associé, frontalement, au pré- compartiment de chaque filtre à particules Diesel. Grâce au fait que les canaux, situés entre le si- lencieux préalable et les filtres considérés à particules Diesel, débouchent radialement et/ou tangentiellement (les deux cas limites sont possibles), la faculté est offerte d'installer le brûleur respectif à la face frontale du pré- compartiment du filtre considéré à particules Diesel. Comme la plus grande quantité de particules de suies est accumu- lée à proximité de la zone d'entrée des gaz d'échappement, la régénération par un brûleur disposé frontalement s'avère particulièrement efficace étant donné que la flamme du brû- leur, respectivement l'air chaud, présente la température maximale à l'emplacement auquel se trouve la majeure partie des particules de suies. L'agencement conforme à l'invention se révèle particulièrement propice quant à l'énergie devant être consommée, c'est-à-dire concernant le combustible ou carburant nécessaire pour un processus de régénération con- sidéré. Au cours d'expériences effectuées, un problème sérieux s'est avéré résider dans le fait que le fonctionne- ment des volets directionnels logés dans les canaux, entre le silencieux préalable et les filtres à particules Diesel, est affecté négativement par la chaleur considérable des brûleurs. Grâce à l'embouchure des canaux à gaz d'échappe- ment dans les filtres, s'effectuant radialement selon l'in- vention, et grâce à l'implantation frontale des brûleurs sur les filtres ou sur les pré-compartiments de ces filtres, autorisée par ladite embouchure, il est possible de disposer les volets directionnels relativement loin des brûleurs, de préférence à l'extrémité du silencieux préalable ou à pro- ximité de cette extrémité. Dans cette zone, la température des gaz, chauffés par le brûleur respectivement en service, n'est plus excessivement élevée, si bien que le volet di- rectionnel considéré n'est pas chauffé démesurément et que, de ce fait, son aptitude fonctionnelle ne s'en trouve pas dégradée. Il s'est par ailleurs avéré que la protection des volets directionnels, contre des températures accrues des gaz, est obtenue d'une manière particulièrement bonne lors- que la distance comprise entre chaque volet directionnel et l'extrémité de pénétration correspondante du canal, dans le pré-compartiment du filtre, est plus grande que le diamètre dudit canal. En effet, la propagation des gaz chauffés par le.brûleur dépend très fortement de la superficie de section du canal provenant du silencieux préalable. Lorsque le volet directionnel présente par conséquent, par rapport à l'extré- mité de pénétration sur le pré-compartiment du filtre, une distance préférentiellement égale au diamètre du canal, une quantité relativement faible de gaz chauffés parvient audit volet et ne peut, de ce fait, chauffer celui-ci tres inten- sément. La disposition des brûleurs à la face frontale du filtre considéré à particules Diesel, respectivement du pré- compartiment de ce filtre, implique les avantages susmention- nés. Pour le processus de régénération, il s'est avéré par- ticulièrement propice d'utiliser un brûleur actionné par un combustible fluide, qui engendre une flamme relativement aplatie et large, c'est-àdire pour l'essentiel une flamme en forme de disque ou de couronne. Dans la demande de brevet DE-A-34 10 716, la dépo- sante a déjà proposé la réalisation d'un brûleur (utilisable pour des chauffages de véhicules, et également à des fins de cuisson) dans lequel est interposée, entre une chambre du brûleur et une chambre de combustion, une plaque à diaphrag- me par l'orifice conique de laquelle une flamme configurée en couronne est engendrée dans la chambre de combustion. Dans la présente invention, il est de préférence fait usage d'un brûleur ainsi réalisé. L'utilisation d'un tel brûleur permet d'obtenir, dans le pré-compartiment du filtre, une flamme en forme de couronne qui agit frontalement sur la garniture filtrante, à l'intérieur du filtre à particules Diesel, sur toute la superficie. Cela contribue à une régé- nération rapide et intensive du filtre. L'invention va à présent être décrite plus en dé- tail à titre d'exemple nullement limitatif, en regard du dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une élévation latérale schématique d'une partie d'un système d'échappement, présentant un filtre à suies; et la figure 2 est une illustration en plan dudit système, selon la ligne de coupe II-II de la figure 1. En haut et à gauche de la figure 1, le flux des gaz d'échappement d'un moteur Diesel est repéré par une flè- che. L'invention peut être appliquée particulièrement bien à des moteurs Diesel de forte puissance, notamment à ceux de véhicules utilitaires. Les particules de suies (particules Diesel) char- riées par des gaz d'échappement du moteur Diesel parviennent à partir du coude d'échappement, par l'intermédiaire d'une ou plusieurs tubulures d'échappement, dans un silencieux préalable 2 à l'extrémité duquel deux canaux 4a, 4b, à éten- due vers le bas sensiblement dans le sens vertical, s'éten- dent circulairement en coupe transversale. Chaque canal, voire une pièce de bifurcation précédant ce canal, renferme un volet directionnel pouvant pivoter autour d'un axe hori- zontal, volets dont l'un, 6b, est illustré schématiquement sur la figure 1. Dans la position représentée, ce volet 6b obture le canal 4b, de sorte que, par l'intermédiaire du canal 4a (non illustré), les gaz d'échappement provenant du silencieux préalable 2 parviennent dans un filtre associé 10b à particules Diesel, en passant en regard dudit volet 6b occupant une position verticale. La figure 2 montre deux fil- tres 10a et lob à particules Diesel, disposés horizontalement l'un à côté de l'autre. Chacun de ces filtres possède un pré- compartiment respectif 12a ou 12b dans lequel les canaux considérés 4a ou 4b débouchent, par des orifices respectifs d'admission 8a ou 8b, en décrivant un angle déterminé. Dans l'exemple de réalisation illustré, l'embouchure n'a pas com- plètement lieu dans le sens radial, et pas non plus inté- gralement dans le sens tangentiel. Un brûleur respectif 14a ou 14b, actionné par du combustible Diesel, est associé frontalement à chaque pré- compartiment 12a, 12b. Chacun de ces brûleurs est réalisé de la manière décrite dans la demande de brevet précitée DE-A-34 10 716. Ces brûleurs 14a et 14b engendrent une flam- me sensiblement en forme de couronne, à l'intérieur du pré- compartiment considéré 12a ou 12b, si bien que la garniture filtrante respective est sollicitée frontalement dans le filtre considéré 10a ou lob à particules Diesel. Dans les deux canaux 4a et 4b, les deux volets directionnels sont alternativement fermés ou ouverts par un dispositif de commande 18, la commutation étant par exemple commandée par l'intermédiaire d'un compteur d'heures de ser- vice, ou bien d'un manomètre. Ledit compteur peut être réglé de telle sorte qu'il délivre, après un nombre déterminé d'heures de service, un signal sur la base duquel le dispo- sitif 18 de commande des volets obture l'un des canaux 4a et 4b, et ouvre l'autre canal. Lorsqu'on utilise un manomé- tre, la contre-pression des gaz d'échappement est par exem- ple mesurée à l'entrée du filtre considéré 10a, 10b à par- ticules Diesel, car cette contre-pression des gaz d'échappe- ment constitue un paramètre pour la section de passage du filtre. Un filtre dont l'obstruction est déjà relativement forte engendre une plus grande contre-pression des gaz d'échappement qu'un filtre neuf. Pendant que, par exemple, le canal 4b est obturé par l'intermédiaire du volet directionnel 6b, comme illustré sur la figure 1, les gaz d'échappement affluent dans un tuyau d'échappement 16a en empruntant l'autre canal 4a, le pré-compartiment 12a et le filtre 10a a particules Diesel (les deux filtres 10a et lob font également office de silen- cieux). Dans le même temps, il peut être procéde à une ré- génération dans le filtre 10b non parcouru par des gaz d'échappement. A cette fin, le brûleur 14b est mis en fonc- tion par une unité de commande non commentée en détail dans le présent mémoire, de sorte que la flamme en forme de cou- ronne, engendrée par ce brûleur, élimine par combustion les particules de suies accumulées dans le matériau de filtra- tion du filtre 10b. Les résidus inoffensifs, degages dans ce cas, sont expulsés par l'entremise d'un tuyau d'échappement 16b. Comme indiqué sur la figure 1, la distance compri- se entre l'orifice d'admission 8b sur le pré-compartiment 12b du filtre 10b, et le volet directionnel 6b occupant sa position de fermeture, est plus grande que le diamètre d du canal considéré 4b. Cela permet de faire en sorte que, lorsque le brûleur 14b est en fonction, ledit volet 6b soit soumis seulement à un faible chauffage. La réalisation et la disposition spécifiques des brûleurs (à la face frontale du filtre considéré) permettent d'obtenir un chauffage uniforme de la section d'entrée du matériau de filtration. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au filtre décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. -R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Filtre à suies pour véhicules Diesel, équipé d'un dispositif régénérateur et caractérisé par les particu- larités suivantes: a) deux filtres séparés (10a, 10b) à particules Diesel sont reliés à un silencieux préalable (2), par l'intermédiaire de canaux distincts (4a, 4b); b) les canaux (4a, 4b) débouchent radialement et éventuelle- ment, ou en variante, tangentiellement dans un pré-compar- timent (12a, 12b) du filtre considéré (10a, lob) à par- ticules Diesel; et c) un brûleur (14a, 14b) est associé, frontalement, au pré- compartiment de chaque filtre à particules Diesel. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un ensemble de volets directionnels (6b) actionné par un dispositif (18) de commande des volets et prévu dans les canaux (4a, 4b) ou dans une pièce de bifurca- tion précédant ces canaux, se trouve de préférence à l'extré- mité, ou à proximité de l'extrémité du silencieux préalable (2). 3. Filtre selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'ensemble de volets directionnels (6b) présente, à partir du point de pénétration du canal dans le pré-compartiment (12a, 12b) du filtre considéré, une dis- tance plus grande que le diamètre dudit canal (4a, 4b). 4. Filtre selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé par le fait que chaque brûleur (14a, 14b) est un brûleur actionné par un combustible fluide, qui engendre une flamme sensiblement en forme de couronne.