Brevet FR2795973A1 — publié le 20010112

L'invention concerne un dispositif de filtrage d'un fluide chargé en particules, en particulier de gaz d'échappement venant d'un moteur et transportant des particules de suie, avec un récipient extérieur et au moins un dispositif de filtrage réalisé en un matériau poreux. Comme on le sait de cette façon générale, les dispositifs de filtrage sont constitués de matériaux poreux, ces dispositifs de filtrage étant disposés usuellement dans un récipient extérieur. On utilise comme matériau pour les dispositifs de filtrage alors en général un matériau poreux qui, par exemple, peut être un matériau fritté constitué de matériaux métalliques, ou bien également de verre ou de matières synthétiques. Usuellement, les dispositifs de filtrage, en particulier lorsqu'ils sont conçus comme filtre à suie pour des installations sur gaz d'échappement venant de moteur, sont constitués de plaques filtrantes placées les unes derrière les autres, réalisées dans le matériau poreux cité ci-dessus, placées dans un récipient extérieur. En cas d'utilisation des dispositifs de filtrage en tant que filtre à suie, pour les gaz d'échappement d'un moteur, fréquemment le dispositif de filtrage et le silencieux sont regroupés en un ensemble, dans le trajet des gaz d'échappement du moteur à combustion. Le fluide à filtrer, dans le cas de cette construction usuelle des installations de filtrage, doit traverser une ou plusieurs couches constituées du matériau poreux, pour obtenir un effet d'épuration suffisant. On constitue alors, du fait des grandes surfaces nécessaires en matériau poreux, des filtres à plusieurs couches réalisés qui opposent une résistance à l'écoulement très élevée à l'écoulement du fluide. Des variantes à cela consistent à fabriquer les filtres à particules en éléments métalliques à mailles ou tricotés, ou bien en un filament d'oxyde d'aluminium, rendu rugueux. Par le document US 2 926 743, on connaît un silencieux à flux libre pour une installation de gaz d'échappement, qui est constitué de deux éléments tubulaires placés l'un dans l'autre, l'intérieur des éléments tubulaires présentant une section transversale à forme en étoile qui débouche dans le tube extérieur, par un élément de fermeture, à la façon d'une buse venturi. Ce silencieux à flux libre est alors en mesure de refroidir les gaz d'échappement, de réduire leur vitesse d'écoulement et d'éviter efficacement leurs fluctuations de pression. On obtient de ce fait un refroidissement et une isolation sonore très efficaces des gaz d'échappement passant dans l'installation de gaz d'échappement. Le but de l'invention est de créer un dispositif de filtrage d'un fluide chargé de particules, en particulier de gaz d'échappement de moteur, transportant des particules de - suie; qui présente une grande surface de matériau filtrant poreux, avec cependant une exploitation idéale de l'espace dans un récipient extérieur prédéterminé, et qui aide à diminuer en outre les ondes sonores et les fluctuations de pression se produisant dans le fluide. Selon l'invention ce problème est résolu par le fait que le matériau poreux de chacun des au moins un dispositifs de filtrage présente plusieurs plis orientés dans la direction de l'écoulement, le matériau poreux ayant une section transversale à forme géométrique fermée, avec au moins une ouverture intérieure. L'unité de filtrage proprement dite, montée dans le récipient extérieur, est réalisée selon l'invention de manière qu'un matériau poreux, s'étendant dans la direction d'écoulement, soit plié plusieurs fois le long de cette direction d'écoulement, et soit regroupé, au niveau des extrémités libres, de manière à constituer une forme géométrique à section transversale fermée, présentant au moins une ouverture intérieure. Le matériau peut donc, par exemple, être plié à la manière d'une étoile à plusieurs branches en dent, si bien qu'est constitué d'un genre de tube à section transversale en forme d'étoile, à partir du matériau poreux. Le fluide à filtrer traverse cette structure du genre d'une étoile, ensuite, en évoluant de l'intérieur vers l'extérieur ou de l'extrieur vers l'intérieur, faisant que soit le fluide est introduit à l'intérieur du matériau poreux et, de là, s'écoule dans la zone du récipient extérieur, soit que le fluide est introduit dans le récipient extérieur et extrait de la au moins une ouverture intérieure de la section transversale du matériau poreux. Grâce aux pliages, on est alors en mesure, selon leur nombre, le loger une étendue de surface la mieux adaptée que possible aux exigences, respectivement d'une aire maximale possible, dans le récipient extérieur dont les dimensions géométriques sont usuellement prédéterminées. Du fait qu'il faut seulement modifier le nombre et la forme des pliages, à partir d'une bande continue du matériau poreux, on peut fabriquer le dispositif de filtrage chaque fois nécessaire. Du fait que celui-ci est produit usuellement avec des machines à commande numérique, il est suffisant, pour le dispositif de filtrage chaque fois nécessaire, de stocker un programme de commande légèrement modifié, qui puisse fabriquer le dispositif de filtrage chaque fois adapté aux exigences imposées, à partir chaque fois du même matériau, sans demander de gros travaux de conversion sur la machine. Selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, le récipient extérieur avec le dispositif de filtrage sert, outre à assurer le filtrage de gaz d'échappement chargé en particules, mais simultanément également sert de silencieux à ces gaz. Ceci signifie que, grâce à l'ensemble constitué du récipient extérieur et du dispositif de filtrage, on diminue le cas échéant les ondes de pression présentes dans les gaz d'échappement, si bien qu'aucun bruit gênant n'arrive à l'environnement de l'installation d'échappement. Ici, pour cela, la grande surface poreuse est pratiquement idéale, du fait qu'elle permet d'obtenir des effets acoustiques correspondants, ce qui fait que les ondes sonores que l'on a dans les gaz d'échappement "s'évanouissent".. D'autres modes de réalisation avantageux de l'invention résultent des autres sous-revendications selon des exemples de réalisation décrits ci-après à l'aide des dessins. Dans le dessin: la figure 1 présente une illustration de principe d'une coupe transversale du dispositif selon l'invention; la figure 2 représente une coupe longitudinale du dispositif selon l'invention, suivant les lignes II-II de la figure 1; la figure 3 est une illustration de principe d'une coupe transversale d'une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention; la figure 4 représente une coupe longitudinale suivant la ligne IV-IV de la figure 3; la figure 5 est une représentation de principe d'une coupe transversale d'une autre forme de réalisation possible du dispositif selon l'invention, avec une combinaison de plusieurs dispositifs de filtrage; et la figure 6 représente une autre variante de réalisation du dispositif selon l'invention, avec une combinaison de plusieurs dispositifs de filtrage. La figure 1 représente une coupe transversale d'une forme de réalisation d'un dispositif 1 pour filtrer un fluide chargé en particules, respectivement d'un filtre à particules 1. Le dispositif de filtrage 2 est alors disposé dans un récipient extérieur 3 et présente, dans une ouverture intérieure 4, un tube intérieur 5 faisant office de construction support 5. Le tube intérieur 5, respectivement la construction support 5, sert à stabiliser le dispositif de filtrage 2 qui est constitué d'un matériau 6 poreux, ou d'un matériau fritté 6, et est subdivisé, par une pluralité de pliages, en une pluralité de zones partielles 7 du genre de dents. Dans la zone s'étendant à l'intérieur du dispositif de filtrage 2, le tube intérieur 5.est réalisé en un matériau perforé ou un matériau du genre d'une grille (qui n'est pas visible sur l'illustration), ou bien présente au moins des ouvertures, qui relient l'ouverture intérieure 4 aux espaces intérieurs 8 des zones partielles 7 du genre de dents. Sur la figure 2, est représentée une coupe transversale suivant la ligne II-II de la figure 1. Le récipient extérieur 3 entoure alors le dispositif de filtrage 3 par ses zones partielles 7 du genre de dents. Sur la zone d'extrémité représentée du récipient extérieur 3 est montée une tôle de fermeture 9 qui assure la fermeture étanche du récipient extérieur, tôle à travers laquelle passe une zone d'extrémité 5a du tube intérieur 5. Au contraire du tube intérieur 5 dans la zone se trouvant à l'intérieur du dispositif de filtrage 2, cette zone d'extrémité 5a du tube intérieur 5 ne présente alors aucune ouverture radiale. Une rondelle collectrice 10, qui veille à assurer une transition étanche au gaz du fluide en écoulement, entre le dispositif de filtrage et la zone d'extrémité du tube intérieur 5, est placée, dans l'exemple de réalisation représenté ici, entre le dispositif de filtrage 2 et la zone d'extrémité 5a du tube intérieur 5. Sur la figure 3 est représentée une variante de réalisation du filtre à particules 1. Elle travaille selon le même principe de - fonctionnement et présente également une structure comparable à la forme de réalisation représentée sur la figure 1. Ce n'est que la forme du récipient extérieur 3 qui ne présente ici, en comparaison de la figure 1, aucunement une forme ronde, mais une forme géométrique ovale. Une particularité comparable est rencontrée dans l'exemple de réalisation représenté pour le tube intérieur 5. Cependant, ici il serait tout à fait envisageable d'utiliser un tube intérieur 5 rond à forme circulaire, même si le récipient extérieur 3 présente une section transversale ovale. Les zones partielles 7 du genre de dents sont disposées ici, du fait des pliages, d'une manière telle qu'elles présentent, en allant du tube intérieur 5 vers le récipient extérieur 3, chaque fois une étendue radiale différente. Ainsi, le matériau 6 poreux peut être adapté, par le biais À35 d'une simple modification des espacements entre les différents pliages, de manière que le dispositif de filtrage 2 permette d'exploiter de façon aussi idéale que possible l'espace disponible que l'on a entre le tube intérieur 5 et le récipient extérieur 3. On a représenté sur la figure 4 une autre possibilité de relier le dispositif de filtrage 2 à la zone d'extrémité 5a du tube intérieur 5. Pour cela, le matériau poreux 6 du dispositif de filtrage 2 est comprimé autour de la zone d'extrémité 5a du tube intérieur 5 et est relié à la zone d'extrémité 5a de ce tube intérieur 5, par collage, brasage ou soudage. En principe, les possibilités représentées sur les figures 2 et 4 peuvent être utilisées pour toute forme et agencement envisageables des zones partielles 7 du genre de dents ou du récipient extérieur 3. Une autre possibilité qui n'est pas représentée dans les exemples de réalisation peut alors renoncer à utiliser un tube intérieur, sachant qu'alors les extrémités comprimées du dispositif de filtrage 2 peuvent également être pressés depuis l'intérieur en donnant une pièce tubulaire de raccordement comparable à la zone d'extrémité 5a du tube intérieur 5 et peuvent être soudées ou brasées ou collées. Le mode de fonctionnement dans son principe concernant le dispositif de fil!rage 2 est alors à peu près identique dans les deux directions d'introduction d'écoulement, si bien que le fluide chargé en particules, d'une part, peut être introduit dans le récipient extérieur 3 et être évacué depuis l'ouverture intérieure 4 du dispositif de filtrage 2 ou, d'autre part, être introduit par l'ouverture intérieure 4 et être extrait par le récipient extérieur 3. En principe, du fait de l'adoption de l'une ou l'autre direction d'écoulement, rien ne change au mode de fonctionnement et à la construction du filtre à particules 2. Pour réaliser chaque fois le mode de fonctionnement souhaité, on peut par exemple prévoir sur un côté une liaison par rapport à une extrémité de tube selon la forme de réalisation explicitée au sujet de la figure 4, tandis que, sur l'autre extrémité, on peut introduire ou extraire le fluide par l'intermédiaire d'une-rondelle collectrice 10, de manière que le tube de raccordement se trouvant à cet endroit présente une liaison vers l'espace qui existe entre le récipient extérieur 3 et le dispositif de filtrage 2. La figure 5 représente une autre forme de réalisation du filtre à particules 1, huit dispositifs de filtration 2 étant combinés ici pour former un ensemble. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 5, on renonce alors à utiliser des tubes intérieurs 5. Ceci est possible si le matériau fritté 6 présente une épaisseur de paroi et une résistance suffisantes pour pouvoir concevoir le dispositif de filtrage 2 en tant que partie autoporteuse. La forme de réalisation à peu près carrée du dispositif de filtrage 2 respectif montre qu'également l'ouverture intérieure 4 peut présenter chaque fois une autre forme, ici également une forme carrée. La figure 6 représente un autre exemple de réalisation avec une combinaison de trois dispositifs de filtrage 2, qui remplissent au maximum chaque fois un espace rectangulaire et qui sont regroupés pour former un ensemble global. En comparant à l'exemple de réalisation de la figure 5, on voit que chacun des dispositifs de filtrage 2 n'a pas à présenter un récipient extérieur 3 propre, mais que l'on peut regrouper plusieurs dispositifs de filtrage en un récipient extérieur 3 unique. Le travail de façonnage, en particulier le pliage des matériaux frittés, constitue certes une exigence liée à la technique de production, mais, avec des matériaux ou des techniques correspondantes, telles que par exemple le préchauffage des endroits à plier, ceci en utilisant une technologie au laser, ceci ne constitue en principe aucunement une difficulté insoluble. 8 2795973 REVENDICATIONS i. Dispositif pour le filtrage d'un fluide chargé en particules, en particulier de gaz d'échappement venant d'un moteur et transportant des particules de suie, avec un récipient extérieur et au moins un dispositif de filtrage réalisé en un matériau poreux, caractérisé en ce que le matériau poreux (6) de chacun des au moins un dispositifs (2) de filtrage présente plusieurs plis orientés dans la direction de l'écoulement, le matériau poreux (6) ayant une section transversale à forme géométrique fermée, avec au moins une ouverture intérieure (4). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau poreux (6) de chacun des au moins un dispositifs de filtrage (2) présente des zones partielles (7) à section transversale du genre d'une dent, s'ouvrant vers l'ouverture intérieure (4) se trouvant chaque fois dans la zone d'un axe longitudinale orienté dans la direction de l'écoulement, les zones partielles (7) du genre d'une dent étant chacune séparées les unes des autres par l'un des plis. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacune des zones partielles (7) du genre d'une dent présente, par rapport à l'axe longitudinal respectif, une étendue radiale qui est celle qu'occupe au moins à peu près la plus grande partie d'un espace défini entre l'ouverture intérieure (4) se trouvant dans la zone de l'axe longitudinal et le récipient extérieur (3), ou bien le dispositif de filtrage (2) chaque fois le suivant. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que plusieurs dispositifs de filtrage (2) sont disposés dans le récipient extérieur (3), avec leurs axes longitudinaux respectifs placés au moins parallèlement entre eux, de manière que l'espace intérieur du récipient extérieur (3) soit rempli pour au-moins sa plus grande partie par les dispositifs de filtrage (2). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le récipient extérieur (3) constitue, avec la au moins une unité de filtrage (2), un silencieux dans le système de gaz d'échappement d'un moteur. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau poreux (6) est constitué d'un matériau fritté. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau fritté est constitué, pour à peu près sa plus grande partie, de matériaux métalliques. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chacune des ouvertures intérieures (4) présente une construction d'appui (5) constituée d'une structure perméable au fluide et aux particules. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qcue la construction d'appui (5) présente une section transversale ronde ou ovale. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la construction d'appui (5) est constituée d'une tôle perforée à forme tubulaire. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que chacun des dispositifs de filtrage (2) présente un élément de fermeture (10) sur au moins l'une de ses zones d'extrémité dans le côté longidudinal. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce chacun des dispositifs de filtrage (2) est guidé conjointement à au moins l'une des zones d'extrémité dans le côté longitudinal et est chaque fois relié à une ouverture de sortie, ou d'entrée, du récipient extérieur (3). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que chacun des dispositifs de filtrage (2) est guidé conjointement à au moins l'une des zones d'extrémité du côté longitudinal, de manière que la zone d'extrémité soit susceptible d'être reliée à la construction d'appui (5, 5a)