Brevet FR2877692A1 — publié le 20060512

La présente invention concerne un filtre à particules pour ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile. Les émissions polluantes des moteurs, et notamment des moteurs Diesel, doivent être contrôlées à la source et/ou éliminer avant leur rejet à 5 l'atmosphère pour être conformes aux réglementations existantes. De manière générale, trois fonctions au moins doivent être remplies dans le traitement des gaz d'échappement: - une fonction d'oxydation qui agit sur les hydrocarbures et le CO pour les convertir en vapeur d'eau et en CO2; - une fonction de filtration et de combustion des particules de suies; - une fonction de réduction de la concentration en oxydes d'azote NOx. La fonction d'oxydation des hydrocarbures et du CO est généralement assurée par un pain catalytique constitué par un milieu poreux sur lequel est disposé un catalyseur d'oxydation, souvent un métal tel que du platine. Ce pain catalytique est placé dans la ligne d'échappement en amont d'un filtre à particules en céramique qui assure la fonction de filtration des suies et où, périodiquement, on procède à la combustion des suies qui s'y sont accumulées. Ce filtre peut comporter une imprégnation par un composé assistant la régénération du filtre à particules. Quant à la réduction des NOX, elle est obtenue essentiellement par une conception du moteur adaptée à cet effet, mais elle peut être renforcée par l'utilisation d'un milieu catalytique supplémentaire piégeant les NOX, et les traitant avec assistance du contrôle moteur. Pour réduire l'encombrement de la ligne d'échappement, plusieurs de ces fonctions, voire la totalité d'entre elles, peuvent être regroupées dans le même médium filtrant dont les surfaces sont revêtues ou imprégnées par les divers catalyseurs adaptés aux fonctions désirées. Ce médium filtrant est le plus souvent constitué par une structure poreuse en nid d'abeilles présentant une extrémité d'entrée de gaz comportant des canaux d'entrée des gaz d'échappement et une extrémité de sortie des gaz comportant des canaux de sortie des gaz d'échappement, séparés par des cloisons poreuses. Les canaux d'entrée sont obturés à leur extrémité tournée vers l'aval de la ligne d'échappement, et les canaux de sortie sont obturés à leur extrémité tournée vers l'amont de la ligne d'échappement, de sorte que les gaz sont contraints de traverser les parois poreuses qui retiennent alors les suies. Périodiquement, afin de remédier au colmatage progressif du filtre, on procède à une opération de régénération. Celle-ci consiste à augmenter temporairement la température des gaz d'échappement par exemple au moyen d'une post-injection de carburant dans la ligne d'échappement en amont du filtre, pour la porter au-dessus de la température de combustion des suies. De plus, un additif tel que de la cérine, peut être est ajouté au carburant d'alimentation du moteur pour se mélanger aux particules et se déposer sur le filtre à particules afin d'abaisser la température de combustion des suies. Cette régénération du filtre n'est cependant jamais parfaite, et il demeure toujours à l'intérieur du filtre un certain nombre de résidus minéraux solides, à savoir les résidus de l'additif d'aide à la régénération et d'autres additifs du carburant, cendres provenant de la combustion du lubrifiant, espèces chimiques diverses provenant de l'usure du moteur ou de l'environnement extérieur. Ces résidus doivent être périodiquement (par exemple tous les 80 000km ou 120 000km) enlevés du filtre à particules au cours d'un nettoyage poussé. La présence des résidus incombustibles dans le filtre constitue une gêne à l'accomplissement de la catalyse. Le filtre perd donc progressivement de son efficacité pour le traitement des émissions gazeuses tant qu'une opération de nettoyage poussé n'a pas été effectuée. En effet, ces différents résidus encrassent progressivement le filtre au fur et à mesure de la vie du véhicule et réduisent alors le volume utile de celui- ci. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. A cet effet, l'invention a pour objet un filtre à particules pour ligne d'échappement de moteur Diesel de véhicule automobile, du type comportant une extrémité d'entrée des gaz et une extrémité de sortie des gaz, caractérisé en ce que l'extrémité de sortie des gaz est associée à des moyens de génération d'un champ magnétique d'attraction de résidus contenus dans les gaz et sensibles à ce champ. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: - les moyens de génération du champ magnétique comprennent un aimant permanent; - les moyens de génération du champ magnétique comprennent un électroaimant dont l'alimentation est pilotée par des moyens de commande lors du déclenchement d'une phase de régénération du filtre; - les résidus comprennent des résidus d'un additif d'aide à la régénération du filtre à particules; - l'additif est mélangé au carburant d'alimentation du moteur pour se déposer avec les particules auxquels il est mélangé, sur le filtre à particules; - le filtre à particules est associé à des moyens formant catalyseur; - le filtre à particules est associé à des moyens formant piège à NOx; -le filtre à particules est associé à des moyens contenant une fonction OSC; et - ledit filtre est un filtre à nid d'abeilles, présentant des parois poreuses définissant, en coopération avec des éléments d'obturation non poreux, des canaux d'entrée et des canaux de sortie des gaz d'échappement. 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 annexés, sur lesquels: - la Fig.1 représente une vue en coupe schématique d'une portion d'un exemple de réalisation d'un filtre à particules à structure à nid d'abeilles, comportant un milieu catalytique et après que celui-ci a été utilisé pendant une certaine période; - la Fig.2 représente une vue schématique illustrant un premier mode de réalisation d'un filtre à particules selon l'invention; - la Fig.3 représente une vue schématique illustrant un deuxième mode de réalisation d'un filtre à particules selon l'invention; et - la Fig.4 représente une vue schématique illustrant un troisième mode de réalisation d'un filtre à particules selon l'invention. On a en effet illustré sur la figure 1, un exemple d'une portion de filtre à particules également connu sous l'appellation FAP. Comme il est connu, ce filtre à particules à structure en nid d'abeilles se compose d'une succession de parois espacées 1, 2, 3, 4, 5 et 6 en matériau poreux formant filtre, tel qu'une céramique à base de carbure de silicium, de cordiérite, de nitrure de silicium, de mullite, etc.... Ces parois poreuses 1 à 6 définissent, en coopération avec des éléments d'obturation non poreux 7, 8, 9, 10, 11, une série de canaux, à savoir: des canaux d'entrée 12, 13 à une extrémité d'entrée des gaz du filtre, ouverts en direction du côté amont 14 du filtre à particules, et par lesquels les gaz d'échappement à traiter pénètrent dans le filtre à particules, et - des canaux de sortie 15, 16, 17 à une extrémité de sortie des gaz ouverts en direction du côté aval 18 du filtre à particules, et par lesquels les gaz d'échappement traités sortent de ce filtre. Les gaz d'échappement passent des canaux d'entrée 12, 13 aux 10 canaux de sortie 15 à 17 en traversant les parois poreuses 1 à 6 et en y déposant au passage les particules qu'ils renferment. Comme il est également connu, les parois poreuses 1 à 6 sont revêtues sur leurs surfaces tournées vers les canaux d'entrée 12,13 et les canaux de sortie 15 à 17, par un revêtement catalytique 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, et 28 permettant d'assurer une ou plusieurs des fonctions suivantes: - une fonction d'oxydation des hydrocarbures et du CO en vapeur d'eau et CO2, qui peut être assurée, par exemple, par un métal tel que du platine; - une fonction de traitement des NOx par un matériau de stockage des NOx (tel que l'oxyde de baryum), et/ou un métal permettant l'oxydation des NOx en NO2 (tel que du platine), et/ou un catalyseur de réduction (tel que du rhodium) ; - une fonction d'aide à la régénération du filtre à particules, en assistance ou en remplacement des additifs destinés à abaisser la température de combustion des suies. Cette fonction peut être assurée par un matériau contenant une fonction dite OSC (oxygen storage capacity), c'est-à-dire un matériau susceptible de libérer de l'oxygène qui a préalablement été stocké. De tels matériaux peuvent comporter par exemple de l'oxyde de cérium ou un oxyde mixte de cérium et de zirconium. La porosité et la taille des pores des parois 1 à 6 définissant les différents canaux 12 à 17 sont, comme il est habituel, adaptées pour assurer une bonne efficacité catalytique, suffisante pour respecter les normes anti-pollution, sans créer de pertes de charge trop importantes aux bornes du filtre à particules. De même, les revêtements catalytiques 21, 22, 25 et 26 déposés sur les surfaces des parois 1 à 6 tournées vers les canaux d'entrée 12, 13 peuvent ne pas couvrir la totalité de ces surfaces, mais peuvent s'arrêter à une distance d des éléments d'obturation 10 et 11. On ménage ainsi, à l'extrémité de chaque canal d'entrée 12, 13, un espace 29, 30 de longueur égale à d dont les parois qui le délimitent ne portent pas par exemple de catalyseur. Cet espace 29, 30 représente, par exemple, entre 1/10 et la moitié de la longueur du canal d'entrée 12, 13 correspondant, soit une longueur par exemple de 2,5 à 12,5cm pour un filtre à particules de 25cm de long. Les revêtements catalytiques 19, 20, 23, 24, 27 et 28 déposés sur les surfaces des parois 1 à 6 tournées vers les canaux de sortie 15 à 17 couvrent, dans l'exemple illustré, la totalité de ces surfaces. Il doit être entendu que ces revêtements ne sont pas forcément indispensables, en particulier si la seule fonction assignée significativement au catalyseur est l'aide à la régénération du filtre à particules par action sur les suies et qui ont déjà été piégées en amont des surfaces correspondantes. Il doit également être entendu que du matériau catalytique peut également être présent à la surface des pores à l'intérieur des parois 1 à 6. Comme on le voit sur cette figure 1, après un usage prolongé, les espaces 29, 30, exempts de catalyseur sur leur périphérie, ont constitué des sites privilégiés pour le dépôt des particules et résidus de combustion divers. Ces résidus de combustion et en particulier les résidus de l'additif d'aide à la régénération ne sont normalement pas détruits par les réactions catalytiques mises en jeu dans le filtre à particules. En revanche, leur présence à la surface des parois 1 à 6 constitue une gêne à la bonne exécution des réactions, voire un véritable obstacle après un kilométrage important qui conduit à la constitution d'une couche épaisse de résidus. On obtient alors une zone 29, 30 de toute façon catalytiquement peu ou pas active à l'extrémité de chaque canal d'entrée 12, 13 du filtre. Il a été proposé par ailleurs de ne pas prévoir de revêtement catalytique dans ces zones. Selon l'invention, il est également prévu d'associer à cette extrémité de sortie des gaz du filtre à particules, des moyens de génération d'un champ magnétique d'attraction des résidus contenus dans les gaz et sensibles à ce champ. Ceci permet alors d'attirer vers le fond du filtre à particules, l'ensemble des résidus, par exemple d'additifs, à base de métaux, pour réduire le volume occupé par ces résidus et augmenter en conséquence le volume disponible pour le stockage des suies. De tels additifs sont par exemple les additifs ayant des composés sensibles au champ magnétique, comme par exemple un additif à base d'un mélange de cérium/fer. Ceci est par exemple illustré sur la figure 2, où le filtre à particules est désigné par la référence générale 31 et présente une extrémité d'entrée dés gaz désignée par la référence générale 32 et une extrémité de sortie des gaz désignée par la référence générale 33. Des moyens de génération d'un champ!magnétique sont alors 15 associés à cette extrémité de sortie 33, ces moyens de génération du champ étant désignés par la référence générale 34. Sur la figure 2, ces moyens de génération du champ magnétique sont par exemple formés sur un aimant permanent désigné par la référence générale 35. Bien entendu, d'autres dispositions peuvent être envisagées, comme cela est illustré par exemple sur la figure 3, sur laquelle on reconnaît le filtre à particules 31, son extrémité d'entrée de gaz 32, son extrémité de sortie de gaz 33 et les moyens de génération du champ magnétique 34. Dans cet exemple de réalisation décrit sur la figure 3, ces moyens comprennent un électroaimant désigné par la référence générale 36, dont l'alimentation en énergie électrique est assurée par des moyens de commande désignés par la référence générale 37, par exemple associés au calculateur de contrôle de fonctionnement du moteur, pour activer l'électroaimant lors d'une phase de régénération du filtre à particules. On a illustré sur la figure 4, un autre mode de réalisation, dans lequel on reconnaît le filtre à particules 31, son entrée de gaz 32, sa sortie de gaz 33 et les moyens de génération de champ magnétique 34. Dans cet exemple, le filtre 31 a été démonté du véhicule lors d'une opération de maintenance. Il peut alors être soumis à un champ magnétique intense sur sa face arrière, par l'intermédiaire par exemple d'un électroaimant. On conçoit alors que l'association à l'extrémité de sortie de gaz des moyens de génération d'un champ magnétique, permet d'assurer une augmentation de la concentration des résidus à cette extrémité du filtre à particules, pour permettre d'augmenter le volume disponible pour le stockage des suies et donc augmenter la durée de vie et d'efficacité d'un tel filtre. Bien entendu, d'autres dispositions encore peuvent être envisagées. REVENDICATIONS 1. Filtre à particules pour ligne d'échappement de moteur Diesel de véhicule automobile, du type comportant une extrémité d'entrée des gaz (32) et une extrémité de sortie des gaz (33), caractérisé en ce que l'extrémité de sortie des gaz (33) est associée à des moyens (34) de génération d'un champ magnétique d'attraction de résidus contenus dans les gaz et sensibles à ce champ. 2. Filtre à particules selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de génération du champ magnétique comprennent un aimant permanent 10 (35). 3. Filtre à particules selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de génération du champ magnétique comprennent un électroaimant (36) dont l'alimentation est pilotée par des moyens de commande (37) lors du déclenchement d'une phase de régénération du filtre. 4. Filtre à particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les résidus comprennent des résidus d'un additif d'aide à la régénération du filtre à particules. 5. Filtre à particules selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'additif est mélangé au carburant d'alimentation du moteur pour se déposer avec 20 les particules auxquels il est mélangé, sur le filtre à particules. 6. Filtre à particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filtre à particules est associé à des moyens formant catalyseur. 7. Filtre à particules selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes, caractérisé en ce que le filtre à particules est associé à des moyens formant piège à NOx. 8. Filtre à particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filtre à particules est associé à des moyens contenant une fonction OSC. 9. Filtre à particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit filtre est un filtre à nid d'abeilles, présentant des parois poreuses (1 à 6) définissant, en coopération avec des éléments d'obturation (7 à 11) non poreux, des canaux d'entrée (12,13) et des canaux de sortie (15, 17) des gaz d'échappement.