Brevet FR2812685A1 — publié le 20020208

La présente invention concerne un dispositif de dépollution destiné à être implanté dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile à moteur thermique, du type comportant un filtre à particules disposé à l'intérieur d'un volume d'échappement et des moyens de régénération périodique du filtre à particules par combustion des suies retenues sur le filtre à particules. Afin de préserver l'environnement, il est souhaité, de nos jours, que les véhicules automobiles équipés, notamment d'un moteur Diesel, disposent de moyens de dépollution des gaz d'échappement. A cet effet, un filtre à particules est installé sur la ligne d'échappement afin de retenir, les particules de suies produites par le moteur. II convient, lors du fonctionnement du véhicule, de procéder à une régénération périodique du filtre à particules, afin d'éviter un colmatage ou une obturation du filtre à particules. En effet, si le filtre n'est pas régénéré, ce colmatage crée une baisse importante des performances du moteur. Pour procéder à une telle régénération, il est connu de prévoir, en amont du filtre à particules, une source de chaleur constituée par exemple d'une résistance électrique permettant, par un apport local de chaleur sur le filtre, de provoquer une inflammation des suies au voisinage immédiat des points chauds, puis une propagation de la combustion des suies à l'ensemble du filtre à particules. Toutefois, pour un fonctionnement satisfaisant d'un tel dispositif de dépollution, il convient d'ajouter au carburant alimentant le moteur un additif permettant d'abaisser la température de combustion des suies. En particulier, cet additif permet de réduire la température de combustion d'environ 150 C, amenant celle-ci à une température proche de 500 C. La nécessité d'ajouter au carburant alimentant le moteur un additif permettant d'abaisser la température de combustion des suies rend le dispositif de dépollution relativement complexe puisqu'il nécessite la présence d'un réservoir de stockage de l'additif, ainsi que d'une pompe d'injection contrôlée de celui-ci dans le carburant. De plus, ce réservoir doit être rempli périodiquement. Ainsi, on conçoit qu'un tel dispositif de dépollution est relativement coûteux et malaisé à utiliser. L'invention a pour but de proposer un dispositif de dépollution permettant une régénération périodique du filtre à particules et ne nécessitant pas l'ajout, dans le carburant alimentant le moteur, d'un additif abaissant la température de combustion des-suies. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de dépollution destiné à être implanté dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile à moteur thermique, du type précité, caractérisé en ce qu'au moins une face amont du filtre à particules est conductrice de l'électricité et lesdits moyens de régénération comportent au moins une électrode de puissance disposée en regard de la face amont du filtre à particules, et au moins un premier générateur de tension, dont une des bornes est reliée à une électrode de puissance et dont l'autre borne est reliée à la face amont du filtre à particules, lequel premier générateur de tension est adapté pour établir, lors des phases de régénération du filtre à particules, un arc électrique plasmagène entre la ou chaque électrode de puissance et la face amont du filtre à particules, et ainsi créer un plasma chaud au voisinage de la ou chaque électrode de puissance assurant la combustion des suies retenues sur le filtre à particules. Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif de dépollution comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - la ou chaque électrode est écartée de la face amont du filtre à particules d'une distance comprise entre 2 mm et 8 mm ; - lesdits moyens de régénération comportent au moins une électrode d'amorçage disposée en regard de la face amont du filtre à particules et au moins un second générateur de tension dont une borne est reliée à une électrode d'amorçage et dont l'autre borne est reliée à la face amont du filtre à particules, et la tension appliquée par le second générateur est adaptée pour produire, entre la ou chaque électrode d'amorçage et la face amont du filtre à particules, une tension supérieure à la tension appliquée par le premier générateur entre la ou chaque électrode de puissance et la face amont du filtre à particules ; - la tension appliquée par le second générateur entre la ou chaque électrode d'amorçage et la face amont du filtre à particules est comprise entre 5 et 25 fois la tension appliquée par le premier générateur entre la ou chaque électrode de puissance et la face amont du filtre à particules ; - le premier générateur est adapté pour que la puissance fournie par le premier générateur soit supérieure à la puissance fournie par le second générateur ; - la puissance fournie par le premier générateur est comprise entre 10 et 100 fois la puissance fournie parle second générateur ; - le dispositif comporte des moyens de commande des premier et second générateurs pour l'établissement d'une tension entre la ou chaque électrode d'amorçage et la face amont du filtre à particules seulement pendant la phase initiale d'établissement d'une tension entre la ou chaque électrode de puissance et la face amont du filtre à particules. L'invention a également pour objet un groupe de propulsion de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur thermique alimenté en carburant, et une ligne d'échappement du moteur thermique incorporant un dispositif de dépollution tel que défini ci-dessus, et en ce que le carburant alimentant le moteur est dépourvu d'additif abaissant la température de combustion des suies retenues sur le filtre à particules. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins, sur lesquels la figure 1 est une vue schématique d'un groupe de propulsion d'un véhicule automobile incorporant un dispositif de dépollution selon l'invention ; et la figure 2 est une vue partielle en perspective du dispositif de dépollution selon l'invention. Sur la figure 1 est représenté un moteur Diesel 10 servant à la propulsion d'un véhicule automobile. Ce moteur est alimenté depuis un réservoir de carburant 12. Le carburant alimentant le moteur 10 est dépourvu de tout additif destiné à abaisser la température de combustion des suies produites par le moteur. De même, tout le groupe de propulsion du véhicule est dépourvu de moyens d'apport d'un additif abaissant la température de combustion des suies produites par le moteur. La sortie d'échappement du moteur 10 est reliée à une ligne d'échappement 14. Celle-ci comporte, en sortie du moteur 12, un catalyseur d'oxydation 16 contenant des métaux précieux tels que le platine. En aval du catalyseur d'oxydation 16, la ligne d'échappement 14 comporte un dispositif de dépollution 18 selon l'invention. Le dispositif 18 comporte un volume d'échappement 20 représenté à plus grande échelle sur la figure 2. Ce volume d'échappement renferme un filtre à particules 22 destiné à retenir, les particules produites par le moteur 10 et notamment les particules de suies produites par celui-ci. Comme connu en soi, le filtre à particules 22 est formé d'une céramique poreuse délimitant un ensemble de conduits s'étendant généralement parallèlement les uns aux autres, chacun des conduits étant obturé à une extrémité. La céramique choisie pour constituer le filtre à particules est une céramique conductrice de l'électricité, au moins pour des tensions élevées. En particulier, une face amont 24 du filtre est conductrice de l'électricité. Cette céramique est par exemple constituée de carbone de silicium, de cor- diérite. Le volume 20 comporte une enveloppe 26 généralement cylindrique d'axe X-X obturée, à son extrémité amont, par un divergent 28 et, à son extrémité aval, par un convergent 30. Ce dernier, relié à un tronçon d'extrémité 32 de la ligne d'échappement, assure la libération des gaz d'échappement dans l'atmosphère. Le filtre à particules 22 est généralement de révolution d'axe X-X. Le divergent 28 s'étend en regard de la face amont 24 du filtre à particules. II comporte une paroi évasée 34 de révolution autour de l'axe X-X du volume 20. Cette paroi 34 est constituée d'une couronne généralement hémisphérique dont le sommet est percé d'un passage axial 36 constituant l'entrée du volume 20. Ce passage 36 est relié par une tubulure d'échappement 38 à la sortie du catalyseur d'oxydation 16. A sa périphérique extérieure, et comme illustré sur la figure 2, la paroi 34 est solidarisée par une bride 40 à l'enveloppe 26 du volume d'échappement. Cette solidarisation s'effectue par boulonnage. Afin d'assurer la régénération du filtre à particules 22, le dispositif de dépollution comporte quatre électrodes de puissance 50A, 50B, 50C, 50D portées par la paroi 34 du divergent. Ces électrodes de puissance sont disposées en regard de la face amont 24 du filtre à particules. En outre, quatre électrodes d'amorçage 52A, 52B, 52C, 52D sont également portées par le divergent 34 et sont ainsi maintenues en regard de la face amont 24 du filtre à particules. Chaque électrode de puissance 50A à 50D est associée à une électrode d'amorçage 52A à 52D. Elles sont disposées deux à deux, de sorte que leurs extrémités actives disposées au voisinage immédiat de la surface amont du filtre à particules soient proches. Ces extrémités actives, notées, respectivement, 54 et 56 pour les électrodes 50 et 52 suivi de la lettre correspondant à l'électrode concernée, sont par exemple séparées l'une de l'autre d'une distance comprise entre 2 mm et 8 mm et avantageusement sensiblement égale à 5 mm. De plus, les extrémités actives des électrodes de puissance 50A à 50D et des électrodes d'amorçage 52A à 52D sont chacune écartées de la surface amont 24 du filtre à particules d'une distance comprise entre 2 mm et 8 mm et avantageusement sensiblement égale à 5 mm. Comme illustré sur la figure 2, chaque électrode comporte un corps isolant 58 traversant un passage de la paroi 34. Le corps isolant 58 est traversé de part en part par une tige conductrice rectiligne 60 dont une extrémité forme l'extrémité active de l'électrode et dont l'autre extrémité constitue une borne 62 de connexion d'un fil d'acheminement d'un courant électrique. Le corps isolant 58 de chaque électrode de puissance ou d'amorçage est choisi avec des dimensions suffisantes pour éviter la création d'un arc électrique entre la paroi 34 du divergent et la tige conductrice 60 le traversant. A titre d'exemple, les axes des tiges des électrodes de puissance et d'amorçage sont agencés par rapport à l'axe X-X du volume 18 et du filtre à particules 22 de la manière suivante. Les quatre électrodes de puissance 50A à 50D sont réparties régulièrement autour de l'axe X-X du filtre à particules et sont ainsi séparées les unes des autres de 90 . L'axe de la tige 60 de chaque électrode de puissance 50A à 50D et l'axe du filtre à particules définissent des plans longitudinaux de symétrie du filtre à particules. Dans ces plans, l'axe des tiges et l'axe X-X du filtre à particules définissent des angles d'environ 22 . Chaque électrode d'amorçage 52A à 52D associée à une électrode de puissance 50A à 50D est disposée d'un même côté de l'électrode de puissance, au voisinage immédiat de celle-ci. Dans un plan radian passant par l'axe X-X, l'axe des tiges des électrodes d'amorçage 52A à 52D est incliné d'environ 42,4 par rapport à l'axe X-X. En outre, les axes des tiges d'une électrode de puissance et d'une électrode d'amorçage associée définissent un même plan dans lequel ces deux axes sont décalés angulairement d'environ 63,6 . Chacune des électrodes de puissance 50A à 50D est reliée à un même premier générateur de tension 70, dont l'autre borne est reliée au filtre à particules 22 et notamment à la face amont 24 de ce filtre. Dans un mode de réalisation non représenté, chaque électrode est reliée à son propre générateur. Le générateur 70, de tout type adapté, est dimensionné pour fournir, à ces bornes, une puissance de quelques kW et notamment avantageusement comprise entre 1 et 5 kW. La tension à ces bornes est de l'ordre de quelques kVolts et par exemple égale à 2 kV. Le signal fourni par le générateur 70 est par exemple constitué d'un signal périodique formé d'une succession de signaux sinusoïdaux amortis dont l'amplitude maximale est de l'ordre de 2 kV. La fréquence du signal est de l'ordre de quelques kHz. Ainsi, une succession de décharges oscillantes peut être appliquée entre chaque électrode de puissance 50A à 50D et le filtre à particules. En variante, le générateur 70 est adapté pour produire une tension continue de l'ordre de 2 kV entre chaque électrode de puissance 50A à 50D et la face amont 24 du filtre à particules. Chaque électrode d'amorçage 52A à 52D est reliée à un second générateur de tension 80, dont l'autre borne est reliée également au filtre à particules 22. Dans un mode de réalisation non représenté, chaque électrode est reliée à son propre générateur. Le second générateur 80 est adapté pour fournir, entre ses bornes, une tension supérieure à la tension fournie par le premier générateur 70 alimentant les électrodes de puissance. La tension de sortie du second générateur 80 est par exemple comprise entre 5 et 25 fois la tension fournie par le premier générateur 70. En particulier, cette tension est par exemple comprise entre 10 et 50 kV. Au contraire, la puissance fournie par le second générateur 80 est inférieure à la puissance fournie par le premier générateur 70. Ainsi, la puissance du premier générateur 70 est comprise avantageusement entre 10 et 100 fois la puissance fournie par le second générateur. En particulier, la puissance fournie par le second générateur 80 est de l'ordre de quelques dizaines de Watt et est par exemple égale à 50 W. Enfin, le dispositif de dépollution comporte une unité de pilotage 90 reliée aux premier et second générateurs 70, 80. Cette unité de pilotage est adaptée pour déclencher la régénération du filtre à particules et, à cet effet, provoquer l'établissement d'une différence de potentiel entre d'une part les électrodes de puissance et/ou les électrodes d'amorçage et d'autre part le filtre à particules. Ainsi, l'unité de pilotage 90 est adaptée pour mettre en marche l'un et/ou l'autre des premier et second générateurs. L'unité de pilotage 90 provoque la régénération du filtre à particules, par exemple tous les 600 km. Lors d'une phase de régénération, l'unité de pilotage 90 commande d'abord le second générateur 80, afin d'établir, entre chaque électrode d'amorçage 52A à 52D et le filtre à particules 22, une différence de potentiel très importante. II en résulte une pré-ionisation des gaz d'échappement en amont du filtre à particules. Après mise en route du second générateur 80 ou simultanément, l'unité de pilotage commande la mise en route du premier générateur 70 pour établir une différence de potentiel entre chaque électrode de puissance 50A à 50D et la surface amont du filtre à particules 22. La tension très élevée appliquée entre la face amont du filtre à particules et chaque électrode d'amorçage et de puissance conduit à la création d'un arc électrique plasmagène entre l'électrode de puissance et le filtre à particules et au maintien de celui-ci tant que de la puissance est fournie par le second générateur 80. Après établissement de cet arc, et après une pré-ionisation suffisante du milieu au voisinage des électrodes de puissance et d'amorçage, l'alimentation des électrodes d'amorçage est interrompue sous la commande de l'unité de pilotage 90. L'alimentation des électrodes d'amorçage 52A à 52D est ainsi maintenue pendant une durée réduite d'initiation de la phase de régénération, cette durée étant avantageusement de l'ordre d'une vingtaine de secondes. Les arcs électriques établis entre les électrodes de puissance 50A à 50D et la face amont 24 du filtre à particules se trouvent entretenus par la puissance fournie par le premier générateur 70. Sous l'action de la puissance élevée fournie par le générateur 70, un plasma chaud ou plasma d'arc prend naissance autour de chaque électrode. On constate en particulier une température proche de 2500 C au voisinage immédiat de l'arc. Sous l'action de la chaleur importante produite par le plasma chaud, les suies présentes sur la surface amont du filtre à particules s'enflamment spontanément au droit des électrodes de puissance 50A à 50D. La combustion des suies se trouve ensuite auto-entretenue et se propage alors à l'essentiel des suies retenues par le filtre à particules, conduisant ainsi à sa régénération. L'alimentation des électrodes de puissance 50A à 50D est maintenue jusqu'à régénération complète du filtre à particules. Ainsi, cette alimentation est maintenue par exemple pendant une durée totale de 2 à 4 minutes. On constate que, lorsque la température des gaz d'échappement est suffisante et que la température du filtre à particules est suffisamment éle- vée, les électrodes d'amorçage 52A à 52D sont inutiles et qu'un arc électrique peut alors être établi directement entre chaque électrode de puissance 50A à 50D et la face amont 24 du filtre à particules, dès lors qu'une différence de tension suffisante est établie entre celles-ci. Ainsi, les électrodes d'amorçage sont facultatives. On comprend qu'un tel dispositif de dépollution est particulièrement commode à mettre en ceuvre dans un véhicule automobile puisqu'il ne nécessite pas l'utilisation d'un additif permettant d'abaisser la température de combustion des suies. En effet, la température du plasma produit par l'arc électrique est suffisante pour provoquer la combustion spontanée des suies. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de dépollution (18) destiné à être implanté dans une ligne d'échappement (14) d'un véhicule automobile à moteur thermique, du type comportant un filtre à particules (22) disposé à l'intérieur d'un volume d'échappement (20) et des moyens de régénération périodique du filtre à particules par combustion des -suies retenues sur le filtre à particules, caractérisé en ce qu'au moins une face amont du filtre à particules (22) est conductrice de l'électricité et lesdits moyens de régénération comportent au moins une électrode de puissance (50A, 50B, 50C, 50D) disposée en regard de la face amont (24) du filtre à particules, et au moins un premier générateur de tension (70), dont une des bornes est reliée à une électrode de puissance (50A, 50B, 50C, 50D) et dont l'autre borne est reliée à la face amont (24) du filtre à particules (22), lequel premier générateur de tension (70) est adapté pour établir, lors des phases de régénération du filtre à particules (22), un arc électrique plasmagène entre la ou chaque électrode de puissance (50A, 50B, 50C, 50D) et la face amont (24) du filtre à particules, et ainsi créer un plasma chaud au voisinage de la ou chaque électrode de puissance assurant la combustion des suies retenues sur le filtre à particules (22). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou chaque électrode (50A, 50B, 50C, 50D) est écartée de la face amont (24) du filtre à particules d'une distance comprise entre 2 mm et 8 mm. 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de régénération comportent au moins une électrode d'amor- çage (52A, 52B, 52C, 52D) disposée en regard de la face amont (24) du filtre à particules et au moins un second générateur de tension (80) dont une borne est reliée à une électrode d'amorçage (52A, 52B, 52C, 52D) et dont l'autre borne est reliée à la face amont (24) du filtre à particules (22), et en ce que la tension appliquée par le second générateur (80) est adaptée pour produire, entre la ou chaque électrode d'amorçage (52A, 52B, 52C, 52D) et la face amont (24) du filtre à particules (22), une tension supérieure à la tension appliquée par le premier générateur (70) entre la ou chaque électrode de puissance (50A, 50, 50C, 50D) et la face amont (24) du filtre à particules (22). 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tension appliquée par le second générateur (80) entre la ou chaque électrode d'amorçage (52A, 52B, 52C, 52D) et la face amont (24) du filtre à particules (22) est comprise entre 5 et 25 fois la tension appliquée par le premier générateur (70) entre la ou chaque électrode de puissance (50A, 50, 50C, 50D) et la face amont (24) du filtre à particules (22). 5.- Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le premier générateur (70) est adapté pour que la puissance fournie par le premier générateur (70) soit supérieure à la puissance fournie par le second générateur (80). 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la puissance fournie par le premier générateur (70) est comprise entre 10 et 100 fois la puissance fournie parle second générateur (80). 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (90) de commande des premier et second générateurs (70, 80) pour l'établissement d'une tension entre la ou chaque électrode d'amorçage (52A, 52B, 52C, 52D) et la face amont (24) du filtre à particules (22) seulement pendant la phase initiale d'établissement d'une tension entre la ou chaque électrode de puissance (50A, 50B, 50C, 50D) et la face amont (24) du filtre à particules (22). 8.- Groupe de propulsion d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur thermique (10) alimenté en carburant, et une ligne d'échappement (14) du moteur thermique incorporant un dispositif de dépollution (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et en ce que le carburant alimentant le moteur est dépourvu d'additif abaissant la température de combustion des suies retenues sur le filtre à particules (22).