Brevet FR2821763A1 — publié le 20020913

La présente invention concerne un procédé de nettoyage de la face amont d'un filtre à particules d'une ligne d'échappement d'un moteur thermi- que le filtre étant disposé dans une enveloppe présentant une sortie des gaz d'échappement, le procédé comportant une étape de mise en circulation d'un flux de liquide au travers du filtre à particules de sa face aval vers sa face amont en considérant le sens d'écoulement des gaz d'échappement dans le filtre. De nos jours, il est connu dans les véhicules automobiles à moteur thermique, et notamment dans les véhicules à moteur Diesel, de prévoir un filtre à particules dans la ligne d'échappement. Un tel filtre à particules est reçu à l'intérieur d'une enveloppe métallique présentant une entrée d'introduction des gaz d'échappement et une sortie d'évacuation des gaz d'échappement. Le filtre à particules est formé d'un substrat de filtration tel que du carbonate de silicium. Dans ce substrat est délimitée une succession de canaux parallèles adjacents, les canaux étant obturés alternativement à l'une ou l'autre des leurs extrémités. Les gaz circulent ainsi au travers des parois latérales séparant deux canaux adjacents. Lors du fonctionnement du moteur, le filtre à particules retient des particules de suies sur sa surface amont en considérant le sens d'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement. Les particules de suies s'accumulent progressivement sur cette face amont, provoquant ainsi un colmatage du filtre. Afin de décolmater le filtre et de garantir un fonctionnement optimal du moteur, il est connu de régénérer le filtre, ceci à intervalles réguliers. A cet effet, on provoque une combustion des suies sur la face amont du filtre à particules. Afin de favoriser la combustion des suies sur le filtre à particules, il est connu d'ajouter, dans le combustible alimentant le moteur, des additifs métalliques permettant d'abaisser la température de combustion des suies. A l'issue de régénérations successives du filtre à particules, des résidus non combustibles s'accumulent sur la face amont du filtre à particules. Ces résidus non combustibles sont composés majoritairement d'oxydes, de sulfates, et de phosphates de cérium, de zinc et de calcium. Afin de conserver les performances du moteur et de restaurer la capacité de filtration du filtre à particules, il est nécessaire de procéder à un nettoyage mécanique périodique du filtre à particules. A cet effet, il est connu de démonter le filtre à particules et son enveloppe de la ligne d'échappement et de procéder au nettoyage du filtre. Suivant un procédé connu, une buse délivrant un jet d'eau de faible section, celle-ci étant de quelques millimètres, est introduite à l'intérieur de l'enveloppe en regard de la surface aval du filtre à particules en considérant le sens d'écoulement des gaz. Sous la commande de moyens de déplacement automatiques, la buse est déplacée perpendiculairement à la surface d'extrémité aval du filtre à particules, suivant une trajectoire en rosace afin de couvrir toute la surface du filtre. Ce procédé nécessite le déplacement de la buse suivant toute la surface du filtre. Ce déplacement peut être malaisé voire impossible, lorsque l'enveloppe du filtre à particules présente en sortie un tronçon convergent, dont le profil est rendu irrégulier du fait des contraintes d'encombrement imposées à l'enveloppe pour son implantation sur le véhicule. De plus, le temps de nettoyage du filtre est très long puisque la buse doit parcourir toute la surface aval du filtre à particules. L'invention a pour but de proposer un procédé et une installation de nettoyage d'un filtre à particules ne présentant pas les inconvénients mentionnés ci-dessus et qui, en particulier, permettent un nettoyage rapide et efficace du filtre. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de nettoyage de la face amont d'un filtre à particules d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique le flux de liquide mis en circulation au travers du filtre à particules a un débit supérieur à 50 litres/minute et est réparti sur l'essentiel de la surface aval du filtre à particules. Suivant des modes particuliers de mise en oeuvre du procédé, celui-ci comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :. - le flux de liquide mis en circulation au travers du filtre à particules a- un débit compris entre 2001/min et 600 imin - la pression du liquide en amont de la surface aval du filtre à particules est comprise entre 5 et 50 bars, et de préférence entre 15 et 25 bars ; - le liquide a une température comprise entre 30 C et 70 C ; - le liquide est de l'eau ; - il comporte, avant ladite étape de mise en circulation d'un flux de liquide au travers du filtre à particules, une étape d'immersion du filtre à particules dans un bain soumis à des vibrations ultrasonores ; - il comporte, après ladite étape de mise en circulation d'un flux de liquide au travers du filtre à particules, une étape de mise en circulation d'un flux gazeux au travers du filtre à particules, de sa surface aval vers sa surface amont ; - lors de l'étape de mise en circulation d'un flux gazeux au travers du filtre à particules, le flux gazeux est réparti sur l'essentiel de la surface aval du filtre à particules ; - lors de l'étape de mise en circulation d'un flux gazeux au travers du filtre à particules, le flux gazeux a un débit supérieur à 3 000 I/min et une pression statique supérieure à 2 bars ; - il comporte une succession d'alternances d'étapes de mise en circulation d'un flux de liquide au travers du filtre à particules et d'étapes de mise en circulation d'un flux gazeux au travers du filtre à particules, de sa surface aval vers sa surface amont ; - on introduit le flux de liquide dans ladite enveloppe par une manche connectée à la sortie des gaz d'échappement de l'enveloppe, et en ce que la section de la manche est sensiblement égale à la section de la sortie des gaz d'échappement de l'enveloppe ; et - pendant une partie de ladite étape de mise en circulation d'un flux de liquide au travers du filtre à particules, un obturateur est rapporté sur une partie réduite de la face amont du filtre à particules. L'invention a en outre pour objet une installation de nettoyage de la face amont d'un filtre à particules d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de mise en cir- culation au travers du filtre à particules d'un flux de liquide ayant un débit supérieur à 50 litres/minute, et en ce que lesdits moyens de mise en circula- tion sont adaptés pour répartir le flux de liquide sur l'essentiel de la surface aval du 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 équipement de régénération des suies sur la face amont d'un filtre à particules représenté en coupe ; - la figure 2 est une vue schématique d'une installation de nettoyage de la face amont d'un filtre à particules représenté en coupe lors d'une première phase de nettoyage ; et - la figure 3 est une vue identique à celle de la figure 1 lors d'une deuxième phase de nettoyage. Sur les figures est représenté un filtre à particules 10 de véhicule automobile disposé à l'intérieur d'une enveloppe métallique 12. Le filtre 10 et son enveloppe 12 ont été préalablement démontés de la ligne d'échappement dans laquelle ils sont normalement installés. Le filtre à particules 10 est constitué d'un substrat poreux dans lequel sont délimités des canaux parallèles adjacents obturés alternativement d'un côté et de l'autre. La longueur du filtre à particules 10 est par exemple de 254 mm et son diamètre de 144 mm. Son volume est de 4,1 1 pour une masse de 3 300 g. Avec un tel filtre, lorsque celui-ci est propre, la contre-pression mesurée pour une vitesse du flux égale à 12,7 m/s est de 10 kPa. Les valeurs numériques données dans la suite de la description correspondent à un tel filtre. Elles sont applicables pour des filtres ayant des caractéristiques adaptées pour traiter un débit de gaz d'échappement de 25 à 700 kg/heure. Le filtre à particules 10 présente une face amont 14 en considérant le sens d'écoulement normal des gaz dans la ligne d'échappement. La face amont 14 désigne la surface d'extrémité amont du filtre et la surface des canaux débouchant sur cette surface. La face amont 14 du filtre à particules est accessible au travers d'une extrémité ouverte 16 de l'enveloppe 12. Cette extrémité ouverte 16 présente une section sensiblement identique à celle du filtre à particules 14. Lorsque le filtre à particules est monté sur une ligne d'échappement, l'enveloppe 12 est prolongée en amont de son extrémité 16 par l'enveloppe d'un organe de purification catalytique. Après une utilisation prolongée du véhicule, la face amont 14 du filtre à particules est chargée de résidus non combustibles, dont le filtre doit être débarrassé lors de l'opération de nettoyage. En outre, des suies non brûlées lors d'une phase antérieure de régénération peuvent également être présentes sur la face amont du filtre. La masse de cendres, c'est-à-dire de résidus non combustibles sur la face amont du filtre, avant nettoyage, est d'au moins 100 g. Le filtre 10 présente une face aval 18 opposée à la face amont 14, en considérant le sens d'écoulement normal des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement. L'enveloppe 12 comporte, en regard de la face aval 18 du filtre à particules, un tronçon convergent 19 depuis la face aval 18 du filtre à particules jusqu'à une sortie 20 servant normalement à l'évacuation des gaz d'échappement issu du filtre à particules. La sortie 20 a une section correspondant sensiblement à celle des conduites constituant la ligne d'échappement. Avant de procéder au nettoyage proprement dit du filtre, consistant en l'évacuation des résidus non combustibles, les suies non brûlées lors d'une phase antérieure de régénération doivent être éliminées de la surface amont 14 du filtre après que celui a été démonté. A cet effet, l'équipement de régénération illustré sur la figure 1 est utilisé. Celui-ci comporte une cuve 21 comportant une entrée d'admission d'air équipée d'un ventilateur 22. En outre, un brûleur 23 est disposé sur une paroi de la cuve 21 afin de créer une flamme à l'intérieur de la cuve. Au voisinage de la flamme formée par le brûleur 23 est prévue une ouverture 24 dans la cuve 21. Cette ouverture est adaptée pour permettre une connexion de l'enveloppe 12 du filtre à particules depuis son extrémité ouverte 16. Ainsi, la face amont 14 du filtre à particules se trouve exposée en regard de l'intérieur de la cuve 21. Pour la régénération des suies sur la face amont 14 du filtre à particules, l'air prélevé à l'extérieur par le ventilateur 22 est introduit à l'intérieur de la cuve et se trouve amené à circuler au travers du filtre à particules après avoir été chauffé au contact de la flamme produite par le brûleur 23. Ainsi, un flux d'air chaud est établi à travers le filtre de sa face amont 14 vers sa face aval 18. Ce flux d'air chaud est évacué par la sortie 20 du filtre. Le ventilateur 22 est adapté pour un débit d'air de l'ordre de 250 kg/h avec une pression comprise entre 1 et 2 bars. Le brûleur 23 est dimensionné pour que la température des gaz sur la face amont du filtre à particules soit comprise entre 550 C et 650 C et soit plutôt inférieure à 600 C. Le flux d'air chaud au travers du filtre à particules est entretenu pendant une durée comprise entre 2 et 20 minutes, de préférence 5 à 10 minutes. La circulation d'air chaud au travers du filtre augmente la température des suies présentes sur la face amont, provoquant une combustion de celles-ci. Après combustion complète des suies, l'enveloppe 12 contenant le filtre à particules 10 est démontée de la cuve 21. Le filtre à particules 10 est ensuite débarrassé des résidus non combustibles déposés sur sa face amont dans l'installation 25 illustrée sur la figure 2. L'installation, destinée au nettoyage du filtre à particules 10, comporte des moyens d'alimentation 25 en fluide de nettoyage. Ceux-ci comprennent un réservoir 26 constitué par exemple d'une citerne contenant de l'eau. Des moyens 28 de chauffage de l'eau de tout type adapté sont installés dans la citerne 26. La sortie de la citerne 26 est reliée à une pompe 30 constituée avantageusement d'une pompe à pistons. La sortie de la pompe est reliée à une manche 32 adaptée pour acheminer le flux de liquide de nettoyage issu du réservoir 26 jusqu'à la sortie 20 du filtre à particules. La manche 32 comporte, à son extrémité, un raccord 34 permettant la connexion directe et étanche de la manche à la sortie 20 du filtre à particules. La manche 32 et son raccord 34 ont une section sensiblement identique à celle de la sortie 20. En outre, une vanne d'arrêt 36 est prévue en sortie de la pompe 30. Des moyens d'arrivée d'air 38 sous pression sont en outre connectés à la manche 32, en aval de la vanne 36. Ces moyens 38 comportent un compresseur d'air 40 dont la sortie est reliée à une citerne d'air 42 à pression variable, cette pression étant comprise entre 2 et 6 bars. Un régulateur de pression 44 est interposé entre la sortie du compresseur et l'entrée de la citerne 42. La sortie de la citerne 42 est reliée à la manche 32 au travers d'une vanne d'arrêt 46. Les vannes 36 et 46 sont reliées à des moyens de commande afin de connecter alternativement la manche 32 au moyen d'alimentation en eau 25 ou au moyen d'alimentation en air 38. A l'issue de la phase de régénération effectuée sur l'équipement de la figure 1, la sortie 20 du filtre est reliée à la manche 32, comme illustré sur la figure 1. Un flux de liquide de nettoyage, et avantageusement d'eau, est alors mis en circulation au travers du filtre à particules 10 de sa surface aval 18 vers sa surface amont 14. Le flux de liquide est mis en circulation au travers du filtre avec un débit supérieur à 50 litres/minute, la pompe 30 étant adaptée pour un tel débit. Avantageusement, ce débit est compris entre 200 litres/minute et 600 litres/minutes. Il est de préférence sensiblement égal à 300 litres/minute. Le flux de liquide est réparti sur l'essentiel de la surface aval 18 du filtre à particules, le volume compris entre la face aval 18 et la sortie 20 du filtre étant intégralement rempli de liquide. Lors de la mise en circulation du flux de liquide, la pression du liquide, en amont de la surface aval 18 du filtre à particules, est comprise avantageusement entre 5 et 50 bars. Celle-ci est de préférence sensiblement égale à 20 bars. La pompe 30 est adaptée pour imposer une telle pression. Le liquide utilisé pour le balayage du filtre à particules est de l'eau, cette eau étant chauffée avantageusement à une température comprise en- tre 30 C et 70 C. De préférence, cette température est sensiblement égale à 50 C. Dans le mode de réalisation illustré, l'eau est issue du réservoir 26 équipé des moyens de chauffage 28. Toutefois, l'eau peut être issue d'un réseau d'alimentation en eau courante et en particulier d'un mélangeur assurant un mélange d'eau chaude et d'eau froide issues de deux réseaux d'alimentation distincts en eau à des températures différentes. Une première étape de mise en circulation du liquide de nettoyage est effectuée alors que la face amont 14 du filtre à particules est laissée libre. Cette première étape dure par exemple 20 secondes. Au cours de cette étape, le flux de liquide est maintenu en permanence avec un débit et une pression tels qu'indiqués ci-dessus. Avantageusement, au cours de cette étape, la circulation du flux de liquide de nettoyage est interrompue au moyen de la vanne 36 illustrée sur la figure 2. La vanne 46 est alors ouverte. A partir des moyens d'alimentation en air 38, un flux d'air est établi au travers du filtre à particules 10 de sa surface aval 18 vers sa surface amont 14. Cette deuxième étape dure par exemple 5 secondes. Les moyens de soufflage 60 sont adaptés pour fournir un flux d'air ayant un débit compris entre 50 litres/seconde et 300 litres/seconde et de préférence sensiblement égal à 150 litres/seconde. La pression en amont de la surface aval 18 du filtre à particules est comprise entre 2 et 10 bars, et est avantageusement égale à sensiblement 5 bars. Une succession d'étapes de balayage du filtre à l'eau et à l'air est alors mise en oeuvre. Une étape de balayage à l'eau et une étape de balayage à l'air forment un cycle de nettoyage. Un cycle du procédé de nettoyage selon l'invention dure avantageusement de 30 secondes à 50 secondes et de préférence 40 secondes. Avantageusement, pour le nettoyage d'un même filtre, un cycle de nettoyage est répété entre 1 et 10 fois et de préférence environ 5 fois. Avantageusement, une étape supplémentaire de nettoyage telle qu'illustrée sur la figure 3 est mise en oeuvre. Lors de cette étape, les flux de liquide ou de gaz sont maintenus dans les mêmes conditions que précé- demment. Toutefois, un obturateur 50, constitué par exemple d'un disque plat, est rapporté contre une partie de la surface amont 14 du filtre à particu- les. Cet obturateur 50 est porté par exemple par une traverse 52 permettant l'écoulement des flux de part et d'autre de l'obturateur. Avantageusement, l'obturateur 50 est placé seulement dans le prolongement de la sortie 20 au travers de laquelle sont introduits les flux de nettoyage. En particulier, l'obturateur est rapporté avantageusement dans la partie centrale de la surface amont 14 du filtre à particules. Cette étape supplémentaire dure par exemple 20 secondes. A l'issue des différentes étapes de nettoyage, le filtre à particules est remonté sur le véhicule. On conçoit que la circulation d'eau et éventuellement d'air avec un débit et une pression élevés au travers du filtre à particules provoque un dé- crochage et une évacuation des résidus non combustibles déposés sur la surface amont 14 du filtre à particules. En particulier, ce décrochage s'effectue prioritairement dans le prolongement de la sortie 20 par laquelle le liquide de nettoyage est introduit. Lors de l'étape supplémentaire illustrée sur la figure 3, la présence de l'obturateur 50 provoque un écoulement prioritaire du liquide à la périphérie de la région centrale du filtre alignée avec la sortie 20. Ainsi, les régions de la surface amont 14 du filtre à particules non couvertes de l'obturateur 50 sont alors prioritairement débarrassées des résidus non combustibles, l'es- sentiel du flux de liquide traversant ces régions de la surface amont. Cette étape supplémentaire est de préférence mise en oeuvre. Toutefois, celle-ci peut être supprimée. On constate que, lors de ces différentes étapes, le débit élevé de li- quide établi au travers du filtre à particules associé à une pression élevée de celui-ci assure un décollage et une évacuation satisfaisante des résidus. De plus, la température supérieure à la température ambiante du liquide favorise ce décrochement. Par ailleurs, avantageusement, avant toute circulation du liquide de nettoyage au travers du filtre à particules, celui-ci, après démontage, est immergé avec son enveloppe 12 dans un bain soumis à des vibrations ultrasonores. REVENDICATIONS 1.-Procédé de nettoyage de la face amont (14) d'un filtre à particules (10) d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique, le filtre (10) étant disposé dans une enveloppe (12) présentant une sortie (22) des gaz d'échappement, le procédé comportant une étape de mise en circulation d'un flux de nettoyage au travers du filtre à particules (10) de sa face aval (18) vers sa face amont (14) en considérant le sens d'écoulement des gaz d'échappement dans le filtre, caractérisé en ce que le flux de nettoyage mis en circulation au travers du filtre à particules (10) est réparti sur l'essentiel de la surface aval (18) du filtre à particules. 2. -Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux de nettoyage est un flux de liquide dont le débit est supérieur à 50 I/min. 3. -Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le flux de liquide mis en circulation au travers du filtre à particules (10) a un débit compris entre 200 I/min et 600 I/min. 4. -Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la pression du liquide en amont de la surface aval (18) du filtre à particules (10) est comprise entre 5 et 50 bars, et de préférence entre 15 et 25 bars. 5. -Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caracté- risé en ce que le liquide a une température comprise entre 30 C et 70 C. 6. -Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caracté- risé en ce que le liquide est de l'eau. 7. -Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, avant ladite étape de mise en circulation d'un flux de nettoyage au travers du filtre à particules (10), une étape d'immersion du filtre à particules (10) dans un bain soumis à des vibrations ultrasonores. 8. -Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caracté- risé en ce qu'il comporte, après ladite étape de mise en circulation d'un flux de liquide au travers du filtre à particules (10), une étape de mise en circulation d'un flux gazeux au travers du filtre à particules (10), de sa surface aval (18) vers sa surface amont (14). 9.-Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, lors de l'étape de mise en circulation d'un flux gazeux au travers du filtre à particules (10), le flux gazeux est réparti sur l'essentiel de la surface aval (18) du filtre à particules (10). 10. -Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que, lors de l'étape de mise en circulation d'un flux gazeux au travers du filtre à particules (10), le flux gazeux a un débit supérieur à 3 000 I/min et une pression statique supérieure à 2 bars. 11.-Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte une succession d'alternances d'étapes de mise en circulation d'un flux de liquide au travers du filtre à particules (10) et d'étapes de mise en circulation d'un flux gazeux au travers du filtre à particules (10), de sa surface aval (18) vers sa surface amont (14). 12. -Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on introduit le flux de nettoyage dans ladite enveloppe (12) par une manche (32) connectée à la sortie (22) des gaz d'échappement de l'enveloppe, et en ce que la section de la manche (32) est sensiblement égale à la section de la sortie (22) des gaz d'échappement de l'enveloppe. 13. -Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pendant une partie de ladite étape de mise en circulation d'un flux de nettoyage au travers du filtre à particules (10), un obturateur (50) est rapporté sur une partie réduite de la face amont (14) du filtre à particules (10). 14.-Installation de nettoyage de la face amont d'un filtre à particules d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (25) de mise en circulation au travers du filtre à particules (10) d'un flux de liquide ayant un débit supérieur à 50 I/min, et en ce que lesdits moyens de mise en circulation sont adaptés pour répartir le flux de liquide sur l'essentiel de la surface aval (18) du filtre à particules.