Brevet FR2650627A1 — publié le 19910208

DISPOSITIF D'ELIMINATION DES PARTICULES CARBONEES CONTENUES DANS LES GAZ D'ECHAPPEMENT DE MOTEURS THERMIQUES La présente invention se rapporte à un dispositif d' élimination des. particules 'carbonées contenues dans les gaz d' échappement des moteurs thermiques, constitué par un élément de filtration constitué par une. enveloppe, canalisant les gaz et contenant un filtre et ménageant - une cavité qui reçoit des micro-ondes à partir d' un générateur de microondes. On a proposé d' éliminer les particules carbonées contenues dans les gaz d' échappement d'un moteur Diesel par un élément de filtration monté sur Â 5 un conduit des gaz d' échappement, contenant un filtre à particules et asssocié à un générateur à micro-ondes générant, par l'intermédiaire d'un conducteur d'ondes, les ondes à une cavité formée dans ledit-élément. La combustion des particules carbonées déposées sur un filtre céramique est rendue possible par l'action d'un champ électromagnétique micro-ondes dans des conditions de mise en oeuvre bien précises. Le brevet FR-A 2 588 610 propose deux solutions pour obtenir la combustion des particules carbonées soit en les faisant passer, soit en les, faisant séjourner dans les zones du résonateur o le champ électromagnétique est maximum. La présente invention a pour but de fournir un dispositif d' élimination des particules du type décrit précédemment et dont le système de guidage d'ondes permet une optimisation du' transfert d' énergie. Le dispositif, selon l'invention, est caractérisé par le fait que le générateur est couplé à l' élément de filtration par un organe de couplage tubulaire, débouchant par un iris de couplage dans l'enveloppe. Selon une caractéristique, le dispositif comporte deux éléments de filtration en parallèle et l'organe de couplage dont la forme est celle 2 - d'un T se compose d'un guide principal et de guides dérivés' raccordés aux enveloppes des éléments. de filtration, ces guides étant métalliques et de sections rectangulaires. Selon une caractéristique, les micro-ondes pénètrent dans les enveloppes par des iris de couplage qui présentent des éléments d'isolement. Selon une caractéristique, l'organe de couplage présente de I à 3 pistons d' accord. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détail en se réf érant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels - la figure I est un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - les figures 2 et 3 représentent un composant du dispositif en élévation et en vue de droite. En se référant à la figure 1, on voit un moteur -I dont le tuyau des. gaz d' échappement 21 se dwvise en deux branches 22 et 23 sur lesquelles sont montées deux éléments de filtration 3 et 4 fonctionnant en parallèle. Les gaz sortant des éléments 3 et 4 sont canalisés par des tuyaux 52 et 53 qui se raccordernt à un tuyau 51. Le sens de circulation des gaz est figuré par des flèches. L'élément de filtration 3 se - compose. d'une enveloppe externe 31 canalisant les gaz. Elle est raccordée en amont à la tuyauterie 22 et en aval à la tuyauterie 52 et elle contient un filtre monolithe 34. L' élément de filtration' 4 se compose de manière similaire d'une enveloppe externe 41 canalisant les gaz. Elle est raccordée en amont à la tuyauterie 23 et en aval à la tuyauterie 53 et elle -contient un filtre monolithe 44. Les filtres 34 et 44 sont des filtres connus en soi, en céramique, à structure en nid d'abeille et supportant éventuellement des catalyseurs. -3- Chaque enveloppe externe 31 et 41 est de section cylindrique ou elliptique. Le filtre monolithe 34 ou 44 est isolé thermiquement à sa périphérie. Son diamètre peut être sensiblement égal à celui de 1' enveloppe et sa longueur adaptée pour former à l'intérieur de Il'enveloppe deux cavités, 1' une 35 ou 45 vers l'amont, 1' autre 36 ou 46 vers 1' aval. Des micro-ondes sont envoyées vers les cavités amont 35 et 45. Le dispositif comprend un générateur de micro-ondes 6 associé à un organe de couplage 7 de forme générale en T alimentant en micro-ondes les cavités 35 et 45. L'organe de couplage 7 se compose d'un guide principal 71 et de guides dérivés 72 et 73 ayant -une forme tubulaire et une section rectangulaire. Il permet la propagation du seul mode - fondamental à 2,45 GHz noté TE1. Les dimensions de la section du guide principal sont repérées a et b. A titre indicatif, ces dimensions sont de 86 x 43 mm. L'axe de ce guide principal est parallèle aux axes de circulation des gaz dans les filtres. On saurait réaliser aisément un montage équivalent avec le guide principal perpendiculaire -aux axes de circulation des gaz. On se trouverait alors avec un coude dit "Plan H" alors que l'exemple choisi met en oeuvre un coude dit "Plan E". Le guide principal 71 est associé à 1, 2 ou 3 pistons d' accord (2 dans l'exemple choisi) qui peuvent s'enfoncer plus ou moins dans le guide 71 perpendiculairement à 1' axe de celui-ci. Ces pistons procurent des susceptances variables. A titre indicatif, la distance entre les pistons est avantageusement choisie au voisinage de Ag/4 ou de 3> g/8 ot X g est la longueur d' onde guidée. Le guide principal 71 est raccordé à deux guides dérivés 72 et 73 de forme tubulaire et à section rectangulaire. Ces deux guides sont coaxiaux et s' étendent perpendiculairement aux axes de circulation des gaz dans les éléments 3 et 4. Le petit c8ôté b' de la section des guides latéraux 72, 73 est -approximativement égal à la moitié du petit côté b du guide principal 71. Les grands c6tés a des sections 71, 72, 73 sont égaux. La paroi au niveau de la jonction du guide principal et des guides dérivés présente une forme divergente 76. Cette paroi laisse un passage de largeur b' = b/2. La jonction des guides dérivés avec le guide principal peut être également réalisée à partir de guide d'onde couds si 'on prend soin de maintenir les formes et les dimensions de la section droite-pendant la courbure, la valeur du rayon de courbure étant, par ailleurs, moins critique pour l'obtention de bonnes performances. Les guides latéraux 72 et 73 débouchent dans les enveloppes 31 et 41 au niveau 'des cavités 35 et 45 (délimitées par les filtres céramiques) par des iris de couplages 37 et 47 respectivement. Ces iris sont des orifices de section plus faible que celle des guides dérivés. La forme et les dimensions de ces iris sont choisies de manière à. transférer le plus d' énergie de micro-ondes dans le résonateur -chargé par le filtre. Dans le cas d'un filtre chargé au carbone, on a observé qu'un transfert d' énergie très efficace est obtehu pour un iris rectangulaire dont le petit côté Pdu rectangle est égal à b/2 et dont le grand côté est ajusté précisément au banc de mesure pour minimiser la fraction de puissance réfléchie. Un valeur voisine de 48 mm ( ' a/2) fournit de bons résultats pour le monolithe et la cavité cités en exemple. - Les iris de couplage 37 et 47 présentent des éléments d'isolement 38 et 48 qui permettent la propagation sans atténuation des micro-ondes, mais empêchent le passage des particules carbonées vers les guides dérivés. Ces -éléments 38 et 48 sont, par exemple, des plaquettes ou disques en céramique. Un clapet de commutation- 24 commandé dirige. les gaz d'échappeinent vers l'un ou l'autre des filtres 34 ou 44 soumis aux microondes. De cette manière, un filtre se charge de particules tandis que l'autre filtre est en phase d' élimination par micro-ondes des particules. Un système de clapets est avantageusement prévu dans l'organe de couplage 7. Il permet d'envoyer la totalité de la puissance micro-ondes vers l' élément filtrant en régénération en- obstruant le guide latéral concernant l'autre élément filtrant. -Cette disposition constructive n'est pas limitative du. fait que l'on pourra dériver temporairement les gaz d'échappement au travers d'un conduit by-pass sans filtre en procédant au nettoyage d'un filtre principal unique tel que décrit précédemment. Le dispositif qui vient d' être décrit possède les avantages suivants: Il est simple, donc peu onéreux à fabriquer. Il peut être réalisé en t81e sans tolérance particulière sur les cotes, - L'optimisation du transfert d' énergie vers les résonateurs peut se faire simplement par réglage de 1' enfoncement des pistons d'accord. Avec les dimensions recommandées pour le système, on peut obtenir un transfert d' énergie presque total par des positions spécifiques des pistons, ce qui permet de minimiser la puissance micro-ondes nécessaire à la régénération donc le poids de 1' alimentation du générateur (tube magnétron). R E Y E N D I C A-T I O N S 1') Dispositif d'élimination des particules carbonées contenues dans les gaz d' échappement de moteurs thermiques, constitué par un élément de filtration (3 ou 4) constitué par une enveloppe canalisant les gaz et contenant un filtre (34 ou 44) et ménageant une cavité qui reçoit des micro-ondes d'un générateur de micro-ondes (6), caractérisé par le fait que le générateur (6) est.couplé à l' élément de filtration par un organe de couplage (7) tubulaire, débouchant par un iris de couplage (37 ou 47) dans 1' enveloppe. 2') Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte deux éléments de filtration (3 et 4) en parallèle et que 1' organe de couplage - (7) dont la forme est celle d'un T se compose d'un guide principal (71) et de guides dérivés (72, 73) raccordés aux enveloppes des éléments de filtration, ces guides étant métalliques et de sections rectangulaires.- 3 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par. le fait que la paroi de l'organe de couplage présente à la jonction du guide principal et des guides dérivés une forme divergente (76). 4-) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la jonction du guide principal avec les guides latéraux peut être réalisée à l' aide de guides d'onde coudés. e) Dispositif selon 1' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les micro-ondes pénètrent dans les enveloppes (31, 41) par des iris de couplage (37, 47.) qui -présentent des éléments d'isolement (38, 48). 6-) Dispositif selon l'.une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'organe de couplage (7) présente de 1 à 3 pistons d'accord (74, 75). 7e) Dispositif selon 1' une ' quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le filtre. est à base de matériau réfractaire à faibles pertes diélectriques. 2650-627 -7- 8 ) Dispositif selon l' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu' un clapet de commutation (24) dirige les gaz vers 1' un ou -l'autre des filtres (34, 44) dans le but d'avoir toujours un filtre qui se charge de particules et au moins un autre filtre en phase d' élimination par micro-ondes de particules. 9-) Dispositif selon 1' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un système de clapets, disposé dans l'organe de couplage (7) permet d'envoyer.la totalité de la puissance micro-ondes vers l' élément filtrant en régénération.