Brevet FR2645906A1 — publié le 19901019

La présente invention concerne un filtre pour gaz d'échappement d'un moteur endothermique et particulièrement d'un moteur diesel de véhicule. Il est connu que les gaz d'échappement des moteurs diesel contiennent des substances non brûlées hautement polluantes; on utilise pourtant de plus en plus fréquemment des filtres aptes à retenir de telles substances et en favo- riser la combustion complète et la transformation en produit de combustion non dangereux. Le but de la présente invention est la réalisation d'un filtre catalytique d'un rendement élevé qui permet un remplacement aisé de l'élément filtrant et donc plus parti- culièrement apte à être utilisé dans des conditions thermi- ques particulièrement difficiles. Le but précité est atteint par la présente inven- tion qui concerne un filtre pour gaz d'échappement d'un mo- teur endothermique particulièrement un moteur diesel de véhicule du type comprenant un bottier extérieur pourvu d'une paroi latérale tubulaire, de deux fonds d'extrémité, d'un conduit d'entrée et d'un conduit de sortie, chacun des- quels est monté à travers un des deux fonds respectifs, et des moyens filtrants logés dans ledit bottier et aptes à être traversés par le flux desdits gaz d'échappement entre ledit conduit d'entrée et ledit conduit de sortie, caracté- risé en ce que l'un desdits fonds est démontable, lesdits moyens filtrants étant constitués par au moins une cartouche filtrante interchangeable, comprenant un matelas tubulaire de fibres minérales sur lesquels est déposée une substance catalysante contenant un métal noble. Pour une meilleure compréhension de la présente invention, il sera décrit ci-après une forme préférée de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins joints, sur lesquels: La Figure 1 est une vue en élévation frontale d'un filtre pour gaz d'échappement d'un moteur diesel d'un véhi- cule réalisé selon la présente invention. La Figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la Figure 1. Les Figures 3 et 4 sont des coupes partielles res- pectivement de variantes de réalisation d'un élément fil- trant d'un filtre selon les Figures 1 et 2. En référence aux Figures 1 et 2, le repère 1 indi- que dans son ensemble un filtre pour gaz d'échappement d'un moteur diesel de véhicule, particulièrement un chariot-élé- vateur. Le filtre 1 comprend un boîtier externe 2, consti- tué par une paroi latérale 3 sensiblement cylindrique et de deux fonds 4, 5 d'extrémité pourvus de trous centraux res- pectivement 6, 7. A l'intérieur du bottier 2 est disposée une paroi transversale 8, en tôle perforée, soudée périphé- riquement à la paroi latérale 3 qui elle aussi est pourvue d'un trou central 9 coaxial aux trous 6, 7; une telle paroi 8 subdivise l'espace intérieur du boîtier 2 en deux chambres , 11, respectivement de faible et de grande étendues dans le sens axial, comprises entre la paroi 8 même, et respecti- vement les fonds 4 et 5. La paroi latérale 3 est avantageusement constituée de deux tôles 12, 13 coaxiales définissant un espace rempli d'un matériau fibreux 14 thermiquement isolant d'un type quelconque connu. Le fond 4 est fixé sur la paroi latérale 3 pour y être retenu. Un conduit axial 17 constituant un-conduit de sor- tie du filtre 1 est supporté par le fond 4 et par la paroi 8 et est logé dans les trous respectifs 6, 9 de ces derniers; un tel conduit 17 s'étend sur toute la longueur de la chambre 10 et se prolonge à l'intérieur de la chambre 11 par un petit tronçon 18 qui termine avec une portion conique resserrée 19; à l'intérieur de la chambre 10, le conduit 17 présente une pluralité de trous 20. Le conduit 17 est fermé intérieurement à proximité de la paroi 8 par un fond 24 soudé à tl'intérieur pour y être retenu. La chambre 11 loge une cartouche filtrante 25. Une telle cartouche filtrante 25 présente une for- me sensiblement tubulaire cylindrique et est fixée comme il sera décrit ci-aprAs sur un conduit de support 26 intermé- diaire. En particulier la cartouche filtrante 25 comprend un matelas tubulaire 27 de fibres céramiques tressées, par exemple de silice ou d'alumine, imprégnées d'une substance catalysante par exemple des sels de platine. Le matelas 27 est compris dans le sens radial entre deux éléments cylin- driques 28, 29 en grillage métallique, respectivement inter- ne et externe, et dans le sens axial entre deux cuvettes 30, 31 disposées respectivement vers la paroi 8 et le fond 5 et pourvues de trous centraux respectifs. La cartouche filtran- te 25 comprend en outre un manchon tubulaire 32 extérieur, disposé en contact avec l'élément 29 sur les extrémités du- quel sont emboîtés et soudés des bords périphériques 33 res- pectifs, repliés dans le sens axial des cuvettes 30; un tel manchon 32 est perforé sur une grande partie de sa longueur dans le sens axial à l'exclusion des zones adjacentes res- pectives aux extrémités précitées. La cartouche 25 est fixée au conduit 26 par l'intermédiaire' d'une soudure (repère 42, Figure 2) de la cuvette 30 sur le conduit 26 même. Un tel conduit 26 est engagé de manière coulissan- te par son tronçon d'extrémité 34 pourvu d'une partie ter- minale 35 évasée permettant ledit coulissement sur le tronçon 18 du conduit 17; le conduit 26 présente en outre une partie perforée 40 en correspondance avec la cartouche , ayant des extensions axiales faibles par rapport à la cartouche même et sensiblement égales à l'extension de la partie perforée du conduit 26. Le fond 5 du filtre 1 est démontable et présente en particulier un flasque périphérique 36 définissant avec un bord périphérique 37 correspondant de la paroi latérale 3 avec lequel il coopère, une chambre- annulaire 38 dans la- quelle est logé un joint 39 en cordon céramique. Dans le trou central 7 du fond 5 est soudé un manchon 44 cylindri- que constituant en service un conduit d'entrée du filtre 1 lequel est engagé de manière coulissante dans un tronçon d'extrémité 45 du conduit 26, opposé au tronçon 34. Le conduit 26 est donc supporté rigidement à ses propres extré- mités dans le sens radial par le tronçon 18 du conduit 17 et par le manchon 44. Le fond 5 est en outre pourvu d'une pluralité de pattes de liaison 46 radiales, au nombre de quatre dans le présent exemple de réalisation, angulairement équidistantes entre elles. De telles pattes 46 soudées au fond 5 dépas- sent de celui-ci par des parties d'extrémité respective 47, lesquelles sont reliées par l'intermédiaire de boulons 48 à un anneau de liaison 49 emboîté sur la paroi latérale 3 du bottier 2 et coopérant avec le dos du bord 37 précité, de manière telle à enserrer entre ledit bord 37 et le flasque 36 du fond 5. Le positionnement axial de la cartouche filtrante à l'intérieur de la chambre 11 du filtre, ainsi que du conduit 26 qui lui est solidaire est assuré par un ressort hélicoidal 50 enroulé sur le tronçon 45 du conduit 26 et est comprimé entre deux anneaux 51, 52 dont l'épaulement est en appui respectivement sur la cuvette 31 et sur un bord inter- ne 53 du fond 5. Le ressort 50 est précomprimé et 'génère une pous- sée axiale de façon à maintenir la partie terminale 35 éva- sée du conduit 26 en butée axiale contre la paroi 8. Le bord interne 53 du fond 5 présente un profil - tel qu'il définisse avec l'anneau 52 une chambre annulaire dans laquelle est logé un joint 54 en cordon céramique. Les Figures 3 et 4 illustrent respectivement des variantes de réalisation de la cartouche filtrante 25. En particulier dans la variante de la Figure 3 l'élément inter- ne 28 en grillage métallique est constitué par un grillage métallique enroulé sur lui-même en plusieurs couches. De manière analogue la variante de la Figure 4 il- lustre une cartouche filtrante dans laquelle l'élément 29 externe est constitué par un grillage métallique enroulé sur lui même en plusieurs couches. Le fonctionnement du filtre 1 est le suivant. Les gaz d'échappement entrent dans le filtre 1 à travers le manchon 44, duquel ils passent dans le conduit 26 et traversent dans le sens radial la cartouche 25. Le mate- las 27 retient les particules non brûlées et la substance catalysante en facilite la combustion, avec formation de produits de combustion non nocifs. De la chambre 11, les gaz filtrés passent dans la chambre 19 à travers les trous de la paroi 8 et entrent dans le conduit 17 de sortie à travers les trous 20 de celui-ci. A l'examen des caractéristiques du filtre 1 réalisé selon la présente invention, les avantages qu'il permet d'obtenir sont évidents. En particulier, la cartouche filtrante 25 est fa- cilement remplaçable; en outre les modalités de fixation de la cartouche 25 sur le conduit 26 et le positionnement axial de la cartouche 25 et du conduit 26 qui lui est solidaire à l'intérieur de la chambre 10 par l'intermédiaire des moyens élastiques (ressort 50), concentrent des dilatations thermi- ques différenciées du conduit 26 et de la cartouche 25 entre eux et par rapport au bottier 2, sans générer aucun état de tension mécanique. Il résulte enfin clairement qu'au filtre 1 ci- dessus décrit, peuvent être apportées des modifications et des variantes qui ne sortent pas de la présente invention. En particulier, peuvent varier les modalités de fixation du fond 5 au bottier 2, peuvent être également prévues deux ou trois cartouches 25 parcourues en série ou -6 en parallèle entre elles par les gaz d'échappement, et enfin peuvent varier les moyens de support de la cartouche 25 par rapport au bottier 2. Le filtre illustré peut être employé dans tout ty- pe de véhicule et particulièrement dans les véhicules indus- triels. REVENDICATIONS 1. Filtre pour gaz d'échappement d'un moteur endo- thermique particulièrement un moteur diesel d'un véhicule du type comprenant un bottier externe pourvu d'une paroi laté- rale tubulaire, d'un couple de deux fonds d'extrémité, d'un conduit d'entrée et d'un conduit de sortie, chacun desquels est monté à travers un fond respectif, et des moyens fil- trants logés dans ledit bottier et aptes à être traversés par le flux desdits gaz d'échappement entre ledit conduit d'entrée et ledit conduit de sortie, caractérisé en ce que l'un (5) desdits fonds (4, 5) est démontable, lesdits moyens filtrants étant constitués par au moins une cartouche (25.) filtrante tubulaire interchangeable comprenant un mate- las tubulaire (27) de fibres minérales sur lesquelles est déposée une substance catalysante contenant un métal noble. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de support radiaux (26, 44, 18) de ladite cartouche filtrante (25) et des moyens élastiques (50) de positionnement axial de ladite cartouche (25). 3. Filtre selon les revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce qu'il comprend une paroi transversale (8) in- interne définissant deux chambres internes (10, 11) audit bottier (2) communiquant entre elles à travers une pluralité de trous de la paroi transversale (8) même; ledit conduit de sortie (17) étant supporté par un fond fixe (4) dudit bot- tier (2) et par ladite -paroi transversale (8), et pourvu d'une pluralité de trous (20) de communication avec ladite première chambre (10); ledit conduit d'entrée (44) étant au moins en partie logé dans une seconde chambre (11) desdites chambres (10, 11) comprise entre ladite paroi transversale (8) et ledit fond démontable (5), et supportée par ledit fond démontable (5). 4. Filtre selon la revendication 3, caractérisé en ce ledit conduit de sortie (17) s'étend à l'intérieur de la- dite seconde chambre (11) avec un propre tronçon d'extrémité (18) fermé; lesdits moyens de support radiaux comprenant un conduit intermédiaire (26) pourvu d'au moins une portion perforée, sur laquelle est fixée ladite cartouche filtrante (25), ledit conduit intermédiaire (26) étant accouplé de ma- nière coulissante à ses propres extrémités avec ledit tronçon d'extrémité (18) dudit conduit de sortie (17) avec ledit conduit d'entrée (44). 5. Filtre selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques de positionnement axial comprennent un ressort hélicoïdal (50) coaxial audit conduit intermédiaire (26) et comprimé entre ladite cartouche (25) et ledit fond démontable (5), ledit conduit intermédiaire (26) coopérant axialement avec ladite paroi transversale (8) sous la poussée dudit ressort (50). 6. Filtre selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit conduit intermédiaire (26) présente une partie d'extrémité (35) évasée coopérant avec ladite paroi trans- versale (8). 7. Filtre selon la revendication 5 ou 6, caracté- risé en ce que ledit ressort (50) est comprimé entre deux anneaux (51, 52) dont l'épaulement coopère respectivement avec ladite cartouche (25) et avec ledit fond démontable (5). 8. Filtre selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que ledit fond démon- table (5) est relié à ladite paroi latérale (3) dudit botier (2) par l'intermédiaire d'une pluralité de boulons (48). 9. Filtre selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit fond démontable est pourvu d'une pluralité de pattes (46) radiales, lesdites pattes (46) étant reliées par l'intermédiaire desdits boulons (48) à un anneau de liaison (49) coopérant avec un bord périphérique (37) de ladite pa- roi latérale (3). 10. Filtre selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 9, caractérisé en ce que ladite cartouche (25) est fixée audit conduit intermédiaire (26) en correspondance avec une même extrémité. 11. Filtre selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que ladite cartouche (25) comprend deux éléments tubulaires (28, 29) en grillage métallique disposés respectivement à l'intérieur et à l'extérieur dudit matelas (27) de fibres minérales, un man- chon tubulaire extérieur (32) en tôle présentant au moins une partie perforée et deux cuvettes d'extrémité (30, 31) fixées audit manchon externe (32); l'une desdites cuvettes (30) disposée du côté de la petite paroi transversale (8) étant soudée audit conduit intermédiaire (26). 12. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'assemblage (39, 54) aptes a empêcher des fuites entre ledit fond démontable (5) et respectivement ladite paroi latérale (3) dudit bottier (2) et ledit conduit d'entrée (44). 13. Filtre selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits moyens d'assemblage comprennent respecti- vement des joints (39, 54) en cordon céramique. 14. Filtre selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'au moins un desdits éléments tubulaires (28, 29) est constitué par un enroulement de grillage métal- lique en plusieurs couches.