Brevet FR2800418A1 — publié le 20010504

"Dispositif de régénération et système de dépollution le comprenant" L'invention concerne un dispositif de régénération filtre particules. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de régénération d'un filtre à particules pour la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, notamment d'un moteur diesel ou à essence à mélange pauvre. L'invention concerne aussi un système de dépollution comprenant un tel dispositif de régénération Les moteurs diesel et certains moteurs à essence émettent des substances polluantes telles que des particules. Les particules sont des suies sur lesquelles sont fixés des hydrocarbures imbrûlés insolubles. En effet, lors de la combustion du carburant, certaines zones de la chambre combustion contiennent un mélange air-carburant trop riche carburant. La combustion est alors incomplète par manque local d'oxygène. Cela a pour conséquence la formation de particules. Elles traduisent par des fumées noires polluantes. Pour raisons de respect de l'environnement, il est nécessaire de diminuer fortement, voire de supprimer ces particules. connaît des systèmes de traitement des gaz d'échappement qui permettent de diminuer les émissions de particules. Les catalyseurs d'oxydation permettent de réduire ces fumées. Cependant leur efficacité n'est pas suffisante. Pour traiter ces particules, une autre méthode consiste à les filtrer à l'aide d'un filtre appelé filtre à particules. Ce dernier se colmate, ce qui provoque une perte de charge dans la conduite d'échappement et par conséquent une baisse des performances du moteur. II est donc nécessaire de régénérer périodiquement le filtre à particules. Pour provoquer la combustion des particules, il faut les porter à une température d'environ 450 à 550 C. Cependant, les gaz d'échappement des moteurs diesel n'atteignent pas cette température puisque par exemple en ville, celle-ci varie entre 150 et 350 C. II faut alors augmenter spécifiquement température des gaz d'échappement lors de la phase régénération de façon qu'ils atteignent la température combustion des particules dans le filtre à particules. Différents systèmes sont proposés dans l'état de la technique. Des systèmes proposent d'augmenter la température des gaz échappement par l'injection d'une quantité supplémentaire de carburant dans au moins une des chambres de combustion sous la forme d'une post-injection. C'est-à-dire, qu'après avoir injecté quantité de carburant nécessaire au fonctionnement "classique" du moteur, une quantité supplémentaire de carburant est injectée dans un second temps. Une partie de cette quantité de carburant supplémentaire s'enflamme en produisant une augmentation de la température des gaz d'échappement, le reste de cette quantité est transformé en produits d'oxydation partielle comme l'oxyde de carbone CO et les hydrocarbures HC. Pour que la température atteigne la température de combustion des particules, il est nécessaire que les produits d'oxydation partielle réagissent par des réactions exothermiques avant leur arrivée dans le filtre à particules. réactions -exothermiques sont obtenues notamment lors de traversée d'un catalyseur d'oxydation. système nécessite donc la présence d'un catalyseur d'oxydation en amont du filtre à particules et une gestion de la post-injection. Des systèmes de chauffage par résistance électrique, notamment par des grilles chauffantes électriques, permettent aussi porter la température des gaz échappement à valeur suffisante pour provoquer la combustion des particules dans filtre. Cependant, ces systèmes nécessitent puissance électrique importante pour assurer le chauffage de l'ensemble du débit des gaz d'échappement issu moteur, de plus, ils complexifient la ligne d'échappement. Enfin, des systèmes permettent le chauffage local des particules stockées sur le filtre à particules, à température supérieure à la température de combustion des particules. La demande de brevet français n 97.14737 propose notamment des bougies telles que des bougies de préchauffage de moteurs diesels. Ces systèmes sont placés suffisamment pres de la face d'entree du filtre à particules pour, lors de phase de régéneration du filtre, élever à une température supérieure à la température de combustion des particules une ou plusieurs zones des particules stockées dans le filtre. Cependant un tel système est encombrant, onéreux et compliqué à mettre en place, en effet la bougie doit être alimentée par un circuit électrique qui délivre une haute tension. Ce document propose aussi à titre de variantes, de faire appel à une résistance électrique d'apport local de chaleur. Dans le but d'optimiser ces dispositifs, l'invention propose un dispositif de régénération d'un filtre à particules pour dépollution des gaz d'échappement moteur à combustion, notamment d'un moteur diesel ou a essence à mélange pauvre, du type dans lequel une résistance électrique, située ' proximité de la face d'entrée du filtre à particules, apporte de la chaleur localement sur la face d'entrée du filtre à particules pour provoquer l'inflammation des particules dans au moins une zone déterminée, caractérisé en ce que résistance électrique comporte au moins un fil conducteur réfractaire qui s'étend dans le plan transversale de la face d'entrée du filtre à particules. Selon d'autres caractéristiques du dispositif de régénération - le fil conducteur est rectiligne et notamment d'orientation radiale ; - le fil conducteur s'étend à la périphérie de la face transversale d'entrée du filtre à particules ; - le fil conducteur s'étend en formant une double spirale parallèle ; - l'apport de chaleur s'effectue lorsque la valeur niveau chargement du filtre à particules atteint une valeur seuil predéterminée ; - la valeur du niveau de chargement en particules du filtre à particules est évaluée par la mesure de la température des gaz d'échappement ; - valeur du niveau de chargement en particules du filtre à particules est évaluée par la mesure de la contre- pression dans la ligne d'échappement ; - un additif chimique qui permet de baisser température de combustion des particules stockées dans filtre à particules est ajouté au carburant avant sa combustion. L'invention propose aussi un système de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, notamment moteur diesel ou à essence à mélange pauvre, caractérisé ce comporte un filtre à particules et un dispositif de régéneration du type décrit précédemment. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à lecture de la description détaillée qui suit pour la compre- hension laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquels - la figure 1 représente schématiquement une ligne d'échappement d'un moteur à combustion équipée d'un catalyseur et d'un filtre à particules ; - figure 2 est une vue en coupe longitudinale, à plus grande echelle, du filtre à particules, dans la face d'entrée duquel disposé un fil conducteur selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 d'un filtre à particules, dans la face d'entrée duquel s'étend radialement le fil conducteur, selon un premier mode realisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3 laquelle le fil conducteur s'étend à la périphérie de la face d'entrée du filtre à particules, selon un deuxième mode de realisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure laquelle le fil conducteur s'étend en double spirale dans face d'entrée du filtre particules, selon un troisième mode réalisation de l'invention. On a représenté sur la figure 1, un système traitement 10 des gaz d'échappement G d'un moteur a combustion 12. Le moteur 12 est un moteur diesel ou un moteur à essence fonctionnant en mélange pauvre tel qu'un moteur à essence à injection directe comportant au moins une chambre de combustion et un piston. Avantageusement, un additif chimique qui diminue la température de combustion des particules est ajouté au carburant du moteur 12. II s'agit notamment d"'EOLYS" à base de Cérium Ce commercialisé en France par la société RHODIA. Une ligne 14 d'échappement permet l'écoulement gaz G du moteur 12 vers l'atmosphère. Un système traitement destiné à purifier les gaz d'échappement G interposés dans de la ligne 14. II se compose principalement d'un filtre-à particules 16 situé dans une chambre 18. Avantageusement, un catalyseur d'oxydation 20 est aussi inséré dans la ligne 14 d'échappement en amont du filtre à particules 16. Avantageusement, le filtre à particules 16 est recouvert d'une imprégnation catalytique. Le filtre à particules 16 est du type en nid d'abeilles. Il se présente avec une face d'entrée amont 15 et une face sortie aval 17 des gaz G. II est composé de canaux alternativement bouchés et ouverts en entrée et qui sont inversement ouverts et bouchés en sortie. Les parois filtre à particules 16 sont poreuses et permettent la filtration gaz d'échappement G. En amont du filtre à particules 16, le dispositif de traitement 10, selon invention, comprend un fil 22 conducteur et réfractaire qui permet de chauffer localement zone déterminée 24 de la face d'entrée 15 du filtre à particules 16. zone déterminée 24 est représentée sur les figures 3 à 5 par une zone ombrée. Le fil 22 s'étend à proximité de la face transversale d'entrée 15 du filtre à particules 16, c'est-à-dire, à une distance inférieure à 5 mm, dans un plan transversale perpendiculaire à l'axe général d'écoulement des gaz d'échappement qui est sensiblement parallèle au plan amont d'entrée dans lequel s'ouvre les canaux 19. Avantageusement, le fil 22 pourra être au contact de la face d'entrée 15 du filtre à particules Selon une première variante, conformément à figure 3, le fil conducteur 22 s'étend radialement dans la face transversale d'entrée 15 du filtre à particules 16. Selon une deuxième variante, conformément à figure 4, le fil conducteur 22 s'étend à la périphérie de face transversale d'entrée 15 du filtre à particules 16 dont il épouse à distance le contour, ici circulaire. Selon une troisième variante, conformément à la figure 5, le fil conducteur 22 s'étend en formant une spirale double dans le la face d'entrée 15 du filtre à particules 16. Le choix de la disposition du fil conducteur 22 selon l'une des variantes précédentes dépend des dimensions de la zone déterminée 24 qui est nécessaire à la régénération du filtre à particules 16. Le fil 22 est relié à chacune de ses extrémités à un système électronique 26 de commande de suralimentation qui est lui-même relié à des moyens de mesure 28 tels des capteurs de pression et des capteurs de température qui sont disposés sur ligne d'échappement 14. La chambre 18 du filtre à particules 16 est représentée plus en détail la figure 2. Elle comprend un corps ou boîtier 30 qui est par exemple cylindrique d'axe X-X qui renferme le filtre à particules 16. Le corps est relié au tube de la ligne 14 par un cône d'entrée 32. Le fil conducteur 22 traverse transversalement la chambre 18 niveau du raccordement du corps 30 et du cône d'entrée 32. isolation électrique entre le fil 22 conducteur et les parties et 32 de la chambre 18 est réalisée par des éléments intermédiaires 34 en matière isolante. Ils sont par exemple cylindriques et sont introduits dans un perçage radial réalisé, par exemple, à l'extrémité avant du corps 30. L'isolation électrique peut aussi consister à prendre en sandwich le fil électrique 22 entre deux joints isolants électriquement, ces joints sont placés entre le corps 30 et le cône d'entrée 32. Par exemple, des joints de type MAT commercialisés par la société 3M qui servent d'ordinaire à l'emballage monolithes catalytiques peuvent être utilisés. Ainsi, mise en place du fil conducteur 22 ne nécessite quasiment aucune modification par rapport au système de traitement 10 qui n'est pas équipé d'un tel fil 22. La -section du fil conducteur 22 est indifférente elle peut être notamment carrée, triangulaire ou ronde. L'aire de la section, ainsi que la longueur et le matériau du fil conducteur 22, sont déterminées notamment en fonction des dimensions du filtre à particules 16 et de la zone déterminée 24 à chauffer localement. Le fonctionnement du système de traitement 10 est le suivant. Les d'échappement G produits par le moteur 12 sont envoyés dans ligne 14. Lors de leur passage dans la chambre 18 les particules contenues dans les gaz G sont arrêtées par le filtre à particules 16, et notamment à proximité de sa face d'entrée 15 c'est-à- dire dans le plan d'entrée des canaux 19. Périodiquement les particules ainsi piégées dans le filtre à particules 16 sont brûlées au cours d'une phase de régénération. Dans ce but, les moyens de mesure 28 transmettent au système électronique de commande 26 des informations repré sentatives du niveau de chargement du filtre à particules 16. Le système électronique de commande 26 prend en compte le niveau de chargement du filtre à particules, ainsi que le point de fonctionnement du moteur 12 pour déclencher la phase de régénération. Lors du déclenchement d'une phase de régénération filtre à particules 16, le système électronique de commande met sous tension le fil conducteur 22. L'alimentation du conducteur 22 est continue. L'intensité et la tension nécessaire sont produites par des moyens existant sur tous les véhicules automobiles. L'énergie électrique provient par exemple directe ment de la batterie ou de l'alternateur. Le courant qui traverse le fil conducteur 22 provoque un échauffement de ce dernier dû à l'effet Joule. Le matériau réfractaire, ainsi que l'aire de la section fil conducteur 22 sont, déterminés de façon à permettre au 22 d'être traversé par un courant d'une intensité suffisante pour atteindre une température supérieure à la température d'inflammation des particules, sans qu'il ne subisse de dommages tels qu'une fusion. fil conducteur 22 provoque alors une augmentation locale la température des particules déposées sur la zone déterminee 24 d'entrée du filtre à particules 16. température atteinte sur la zone déterminée 24 supérieure à la température d'inflammation des particules, qui permet de débuter leur combustion. Ce démarrage de combustion ne se produit que dans la zone déterminée 24, est situee à proximité du fil électrique 22. la suite, la combustion s'auto-entretient. En effet, combustion des particules initialement chauffées par le fil engendre un flux de chaleur important. La chaleur produite combustion des particules permet le chauffage des particules non encore enflammées et immédiatement adjacentes, jusqu'à une température supérieure à la température d'auto- inflammation. Ainsi, même si l'alimentation électrique du fil conducteur 22 est arrêtée, la combustion se propage depuis la zone déterminée 24 sur toute la surface de la face d'entrée 15 du filtre à particules 16 ainsi qu'à l'intérieur des canaux 19 dans lesquels des particules sont stockées. Selon une variante, plusieurs fils conducteurs 22 sont disposés dans le plan de la face transversale d'entrée 15 du filtre à particules 16. Le dispositif de régénération selon l'invention est économique, en effet, une fois que la combustion des particules est initiée, le système électronique de commande 26 peut arrêter l'alimentation électrique du fil conducteur 22, la régénération du filtre à particules 16 se poursuivant sans apport extérieur d'énergie. dispositif selon l'invention permet de régénérer un filtre à particules 16 très simplement et de façon économique. En effet, ne nécessite ni modification de la structure interne active du filtre à particules, ni matériel supplémentaire pour sa mise en oeuvre. La solution ainsi proposée est donc peu onéreuse. De plus, le fil conducteur 22 nécessite un encombrement réduit ce qui ne modifie pas la ligne 14 d'échappement du moteur 12. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régenération d'un filtre à particules (16) pour la dépollution des d'échappement (G) d'un moteur à combustion (12), notamment d'un moteur diesel ou à essence à mélange pauvre, du type dans lequel une résistance électrique, située à proximité de la face d'entrée (15) du filtre à particules, apporte de la chaleur localement sur la face d'entrée (15) du filtre à particules (16) pour provoquer l'inflammation des particules dans au moins une zone déterminée (24), caractérisé en ce que la résistance électrique comporte au moins un fil (22) conducteur et réfractaire qui s'étend dans le plan transversal de la face d'entrée (15) du filtre à particules (16). 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le (22) conducteur est rectiligne et notamment d'orientation radiale. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé ce que le fil (22) conducteur s'étend à la périphérie de face transversale d'entrée (15) du filtre à particules (16). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé ce que le fil (22) conducteur s'étend en formant une double spirale parallèle. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,- caractérisé en ce que l'apport de chaleur s'effectue lorsque la valeur du niveau de chargement du filtre à particules (16) atteint une valeur de seuil prédéterminée. 6. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la valeur du niveau de chargement en particules du filtre à particules (16) est évaluée par la mesure de la température des gaz d'échappement (G). 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la valeur du niveau de chargement en particules du filtre à particules (16) est évaluée par la mesure de la contre-pression dans la ligne (14) d'échappement. 8. Dispositif selon l'une quelconque de revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un d'additif chimique qui permet baisser la température de combustion particules stockées dans le filtre à particules (16) est ajoute au carburant avant combustion. 9. Système de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur 2) à combustion, notamment un moteur diesel ou à essence a mélange pauvre, caractérisé en ce comporte un filtre à particules (16) et un dispositif de régenération selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.