Brevet FR2650029A1 — publié le 19910125

t Filtre & régénération par combustion des suies L'invention se rapporte & un filtre à réaénéra- tion par combustion des suies composé d'un bloc filtrant monolithique en céramique poreuse comportant une pluralité de canaux qui s'étende dans la direction de l'écoulement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ferms & leurs extrémités par des bouchons dans une dis- position alternée, et séparés les uns des autres par des cloisons poreuses. les cloisons étant revêtues d'une en- duction catalytique et présentant une Plus forte résistan- ce & l'écoulement dans une région située à l'extrémité aval du filtre. Les filtres à régénération par combustion des suies sont habituellement composés d'un monolithe en céra- mique poreuse qui est composé de canaux à paroi mince, pa- rallèles entre eux, qui s'étendent dans la direction de l'écoulement des gaz d'échappement d'un moteur à combus- tion interne, sur toute la longueur du monolithe. Ces ca- naux sont fermés dans une position alternée, l'un à son extrmité amont et le suivant à son extrémité aval. Dans cette construction, les canaux sont fréquemment fermés et ouverts alternativement,. en damier, de sorte que chaque canal présente une extrémité ouverte et une extrémité fer- mÀe. Un filtre de type est connu, par exemple, par le EU 0 277 012. Lorsque les gaz d'échappement s'écoulent à tra- vers un filtre de ce genre, ces gaz sont contraints, après être entrés dans les canaux qui sont ouverts sur le côté d'admission, de traverser les cloisons séparatrices poreu- ses qui séparent les canaux, pour s'écouler dans les ca- naux qui sont ouverts sur le côté d'échappement. Dans cet- te action, les particules de suie, qui ne peuvent pas pas- ser à travers les cloisons s'accumulent sur les cloisons des canaux ouverts en amont. Lorsqu'on atteint une certai- ne température d'allumage. oui peut être abaissée Par la présence d'une enduction catalytique des cloisons sénara- trices ou lorsqu'on atteint une concentration d'oxvgène suffisante. la suie accumulée brûle et le filtre est ainsi ranr. Etant donné Que le5 articule5 de suie s'accumu- lent essentiellement dans la réoion située en amont *de5 bouchons côté aval, et que cette zone subit donc une haute contrainte thermique pendant la récénération par combus- tion, il est prévu. dans le Eu 0 277 012, de rendre le5 cloisons qui séparent 125 canaux Plus imperméables aux gaz 1o dans cette région oue dans la réQion restante. à l'aide d'une enduction additionnelle composée d'une matière céra- mique Poreuse. De cette facon, par suite de l'accroisse- ment de la résistance A l'écoulement dans cette réiion et Par suite de la réduction consécutive du débit de az d'échappement. il s'accumule éaalement une plus petite quantité de particules et la contrainte thermique qui se manifeste lors de la combustion peut ainsi être abaissée. un inconvénient de cet agencement consiste en ce que. du fait qu'il circule encore un courant de gaz d'échappement dans la rigion située en amont du bouchon, les cloisons et les bouchons subissent une abrasion méca- nique due aux particules imbrOlées qui sont entraInées dans les uaz d'échappement, et qui se manifeste en parti- culier à la ionction entre les cloisons et les bouchons. Par ailleurs. dans cette réoion, mar suite de l'incrustation de substances A haut coefficient de dila- tation. dans la paroi du filtre, il s'établit des con- traintes mécaniques entre la cloison et le bouchon, et ces contraintes peuvent conduire à une destruction du filtre; Par ailleurs. les incrustations dans la Paroi du filtre. peuvent donner lieu a une réaction chimique avec la matia- re céramique et entrainer des modifications consécutives de la matière. Un autre inconvénient consiste en ce que la cha- leur de réaction qui se digage lors de la régénération du filtre par combustion est maintenue élevée. dans la réaion particulièrement sensible & l'influence de la température qui se trouve en amont des bouchons aval. par la présence de l'enduction catalvtique sur les cloisons dans cette ré- gion. Le but de l'invention est donc de perfectionner un flitre & régénération par combustion des suies du type représentatif du genre de telle manière que la contrainte mécanique et thermique du filtre soit réduite, en particu- lier dans la région des bouchons aval. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que les cloisons sont étanches aux gaz dans la région adjacente & l'extrémité aval du filtre et que l'enduction catalytique des cloisons se termine dans une région située en amont de la région étanche aux gaz des cloisons. Dans un filtre à régénération par combustion des suies qui présente des canaux de gaz d'échappement s'éten- dant dans la direction de l'écoulement des gaz d'échappe- ment, qui sont fermés par des bouchons dans une disposi- tion alternée, les cloisons séparant les canaux sont im- perméables aux gaz dans la région située en amont des bou- chons aval. Ceci peut s'effectuer, par exemple. en imuré- gnant la matière filtrante céramique poreuse d4un agent qui bouche les pores. Par ailleurs, I'enduction cataly- tique des cloisons, qui abaisse la température d'allumage des particules accumulées dans les canaux ouverts sur le côté d'entrée se termine en amont de la région imperméable aux gaz. Grâce à ces caractéristiques, la chaleur de réac- tion qui se dégage lors de la combustion des suies dans la réqion située en amont des bouchons aval. rqégion dans la- quelle on trouve habituellement la plus forte accumulation de particules de suie, est réduite par le manque local d'oxygène qui résulte lui-même de l'absence de courant d'échappement. Les contraintes thermiques engendrées dans la matière céramique, qui se manifestent entre les cloi- ons et les bouchons. se réduisent donc sous l'effet de l'abaissement de la température et de la diminution de l'accumulation de substances à haut coefficient de dila- tation longitudinale dans cette région. La région située en amont des bouchons aval qui est entourée Par des cloisons imperméables aux aaz sert de zone d'accumulation pour les Particules non oxydables qui se sont séparées du courant de gaz d'échappement. Etant donné que, dans cette région, il n'y a plus de gaz d'échappement en circulation ni de particules entraînées dans le courant de gaz d'échappement, il ne peut plus se produire d'abrasion mécanique sur les cloisons ni sur les bouchons. En particulier, la zone de jonction entre Ies cloisons et le5 bouchons qui était jusau'à présent parti- culiêrement menacée. est de cette facon protégée contre l'incrustation et l'enfoncement de particules à travers la matière céramique. En outre, grace au fait que l'enduction cataly- tique des cloisons se termine en amont de la région imper- meable aux gaz, la chaleur de réaction qui se dégage lors de la régénération du filtre par combustion est maintenue éloignée de cette région particulièrement menacée. Cette mesure évite en outre que des particules à grand coeffi- cient de dilatation longitudinale qui se sont infiltrées ne fassent éclater la matière céramique et ne détachent les bouchons des cloisons. - En supplément, pour améliorer encore la résis- tance mécanique du filtre à régénération par combustion des suies, on incorpore dans les cloisons des matières fibreuses qui s'étendent dans la direction longitudinale des canaux. Un exemple de réalisation de l'invention sera décrit dans la suite en regard du dessin annexé. La figure unique de ce dessin montre sous une forme simplifiée un détail de l'extrémité aval d'un filtre selon l'invention à régénération par combustion des suies par une vue en coupe. Ia direction de l'écoulement des gaz d'échappement & travers le filtre 1 est indiquée par des flèches 2. Les gaz d'échappement qui pénètrent par les ca- naux 3 ouverts sur le cOté d'entrée, sont contraints, du fait que l'extrémité côté sortie de ces canaux est fermée par des bouchons 4, à passer dans les canaux 6 ouverts sur le côté de sortie en traversant les cloisons 5 faites d'une matière filtrante céramique poreuse, en abandonnant ainsi les particules entraînées. Dans une région 7 située A l'extrémité aval du filtre, les cloisons 5 sont réali- ses etanches aux gaz de sorte que. dans cette région. il ne circule plus de courant de gaz d'échappement et que, par conséquent, il n'y a plus de particules entraînées dans le courant de gaz d'échappement, qui pourraient pro- voquer une abrasion en circulant sur les cloisons 5 et les bouchons 4. Au contraire, la région 7 sert a accumuler les particules non oxydables qui sont éliminées de5 gaz d'échappement par un effet centrifuge. Les particules oxy- dables brOlent dans une réaction exothermique lorsqu'elles atteignent leur température d'allumage. température que l'on peut abaisser & l'aide d'une enduction catalytique 8 des cloisons. Du fait que l'enduction catalytique 8 se termine en amont de la région 7 des cloisons 5 qui est im- perméable aux gaz, la température de réaction s'abaisse dans cette région 7 et la contrainte thermique est plus faible. En particulier, ceci abaisse les contraintes ther- miques dans la zone de jonction 9 entre les cloisons 5 et les bouchons 4. Un nouvel abaissement de la température de réaction est apporté par le fait que, dans la région 7 si- tuée en amont du bouchon 4, qui est généralement fortement recouverte de particules, la concentration de l'oxygène est beaucoup plus forte que dans les autres régions du filtre en raison de l'absence de courant de gaz d'échap- pement. Etant donné qu'il ne circule plus de courant de gaz d'échappement dans les zones de jonction entre les cloisons 5 et les bouchons 4, les particules ne peuvent plus s'incruster dans cette zone ni s'y creuser un chemin. En raison de l'abais5ement de la température de réaction, les particules qui présentent éventuellement des coeffi- cient5 de dilatation longitudinale relativement grands ne peuvent plus faire éclater la matière céramique dans cette région ni détacher les bouchons 4 des cloisons 5. on peut rendre les cloisons 5 imperméables aux t10 gaz dans cette région 7 d'une facon simple en imprégnant les cloisons 5 d'un agent qui bouche les pores de la ma- tière filtrante céramique. Même si les cloisons 5 ne peu- vent pas être rendues absolument étanches aux gaz par le procédé d'imprégnation, c'est-à-dire même si les pores ne sont pas entièrement bouchés, on peut cependant atteindre un degré d'imperméabilité aux gaz qui suffit pour suppri- mer presque totalement l'écoulement des gaz d'échappement dans la région 7. ce qui permet d'obtenir les avantages de l'invention qui ont été décrits plus haut. Par ailleurs, on peut encore améliorer la 5oli- dité mécanique du filtre à régénération par combustion des suies 1 en incorporant dans les cloisons 5 des matière5 fibreuses orientées dans la direction longitudinale de ces cloisons. Avec des moyens simples, l'invention réduit dans une mesure importante aussi bien la contrainte mécanique que la contrainte thermique des filtres à régénération par combustion des suies. RE V E N D I A T I ON 5 1. Filtre & rrégénération par combustion des suies composé d'un bloc filtrant monolithique en céramique po- reuse comportant une pluralité de canaux qui s'étendent dans la direction de l'écoulement des gaz d'échappement d'un moteur & combustion interne, fermés à leurs extrémi- tés par des bouchons dans une disposition alternée. et sé- parés les uns des autres par des cloisons poreuses. les cloisons étant revêtues d'une enduction catalytique et présentant une plus forte résistance à- l'écoulement dans une région située à l'extrémité aval du filtre, caractérisé en ce que les cloisons (5) sont étanches aux gaz dans la région (7> adjacente à l'extrémité aval du filtre (1> et en ce que l'enduction catalytique (8) des cloisons (5) se termine dans une région située en amont de la région étanche aux gaz (7) des cloisons (5>. 2. Filtre à régénération par combustion des suies selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans les cloisons' (5), sont incorporées des matières fibreuses faites de matières céramiques qui 5'&tendent dans la direction longitudinale des cloisons. 3. Filtre & régindration par combustion des suies selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les cloisons- (5) étanches aux gaz sont réalisées par im- prégnation de ces cloisons avec une matière qui bouche les pores de la matière filtrante.