Brevet FR2918705A1 — publié le 20090116

CORPS FILTRANT D'UN SYSTEME DE DEPOLLUTION L'invention concerne un corps filtrant d'un système de dépollution des gaz d'échappement de moteur à combustion interne 5 d'un véhicule automobile. Avant d'être évacués à l'air libre, les gaz d'échappement peuvent être purifiés au moyen d'un système de dépollution tel qu'un filtre à particules. Le filtre à particules comporte au moins un corps filtrant, inséré dans une enveloppe métallique, de manière à être io nécessairement traversé depuis une face amont jusqu'à une face aval par les gaz d'échappement. Le corps filtrant peut comporter une pluralité de canaux qui sont des structures poreuses en céramique. Chaque canal est obturé à l'une ou l'autre de ses extrémités. Les gaz d'échappement sont ainsi contraints à traverser les parois des 15 canaux, tandis que des particules à filtrer sont retenues. Après un certain temps d'utilisation, les particules, accumulées dans les canaux du corps filtrant augmentent la perte de charge et altèrent ainsi les performances du moteur. Pour cette raison, le corps filtrant doit être régénéré régulièrement. La 20 régénération consiste à oxyder les particules. Pour ce faire, il est nécessaire de les chauffer jusqu'à une température permettant leur inflammation. Le fonctionnement du filtre à particules produit un échauffement différent des différentes zones du corps filtrant, particulièrement pendant les phases de régénération (contrôlée ou 25 non). Pendant ces phases, les zones du corps filtrant situées à proximité de la face aval sont plus chaudes que celles à proximité de la face amont car les gaz d'échappement transportent vers l'aval toute l'énergie calorifique dégagée par la combustion des particules. Ceci est d'autant plus important, lors du fonctionnement moteur avec 30 un retour au ralenti subitement (dû à un levé de pied instantané) : dans ce cas-là, le corps filtrant étant à une température optimale pour l'oxydation des suies, l'injection de carburant est coupée (levée de pied) ne laissant passer que de l'air (avec une forte teneur en oxygène) et avec un débit massique très faible. Ces conditions -2 provoquent un emballement (régénération incontrôlée), de la réaction de combustion de la suie ce qui a pour conséquence des montées très fortes en température et des gradients thermiques aussi bien radiaux qu'axiaux très importants. En outre, compte tenu de la forme du filtre à particules et du trajet des gaz d'échappement qui en résulte, les particules ne s'accumulent pas nécessairement de façon homogène, s'accumulant par exemple de manière préférentielle dans la zone du filtre à proximité de son axe longitudinal, encore appelé coeur du corps io filtrant. La combustion des particules provoque donc une élévation de température dans le coeur du corps filtrant supérieure à celle dans les zones périphériques. Le trajet des gaz d'échappement chauds et le refroidissement de l'enveloppe métallique par l'air environnant, 15 conduisent également à des températures supérieures au coeur du corps filtrant par rapport à celles en périphérie en absence de combustion des particules. L'inhomogénéité des températures au sein du corps filtrant génère des dilatations locales d'amplitudes différentes. 20 En outre, le filtre à particules est monté dans une ligne d'échappement et ne doit donc pas se déformer excessivement, sous peine de nuire au fonctionnement de cette ligne, par exemple en créant des fuites. Il en résulte de fortes contraintes thermomécaniques, 25 pouvant être à l'origine de fissures dans le corps filtrant diminuant la durée de vie du filtre à particules. Pour remédier à ce problème, le document EP816065 propose d'utiliser des joints de liaison entre les corps, qui comprennent un réseau tridimensionnel de fibres de céramique 30 noyées dans un ciment minéral. La cohésion du réseau de fibres et la liaison entre ce réseau et le ciment sont assurées par des substances d'encollage des fibres, dont l'une est minérale, et l'autre est organique. Mais la mise en oeuvre d'un tel joint entre les corps est peu pratique en raison notamment de la rhéologie du joint. -3 Le but de l'invention est de proposer un corps filtrant d'un système de dépollution des gaz d'échappement permettant d'améliorer la tenue aux contraintes thermomécaniques. A cet effet, l'invention propose un corps filtrant du type cité ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un tube, dont l'axe est parallèle à l'axe du corps filtrant. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'inertie thermique du corps filtrant est inférieure à l'inertie thermique du tube et la température de fusion du corps filtrant est inférieure ou égale à io la température de fusion du tube. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le corps filtrant est tubulaire à section circulaire. Le tube est à section circulaire et son rayon est choisi inférieur à celui du corps filtrant. Le corps filtrant et le tube sont coaxiaux. 15 Selon d'autres caractéristiques de l'invention, les canaux sont obturés de façon alternée à l'une de leurs extrémités. L'invention propose également un système de dépollution des gaz d'échappement de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile qui comporte un corps filtrant. 20 Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le système de dépollution est un filtre à particules. L'invention propose également d'utiliser dans un système de dépollution d'un véhicule automobile au moins un corps filtrant pour réduire les contraintes thermomécaniques appliquées au corps 25 filtrant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'exemples de réalisation en référence aux figures annexées. La figure 1 représente une coupe transversale d'un corps 30 filtrant selon l'invention. L'invention concerne un corps filtrant 1 d'un système de dépollution des gaz d'échappement de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Le système de dépollution peut être un filtre à particules. Ce corps filtrant 1 d'axe D dispose d'une face -4 amont 2 et d'une face aval (non représentée). Ce corps filtrant 1 comporte au moins un tube 3, 4 d'axe T3, T4 parallèle à l'axe D. Ce corps 1 peut comporter également une pluralité de canaux (non représentés) qui s'étendent entre la face amont 2 et la face aval. Chaque canal peut être obturé à l'une ou l'autre de ses extrémités. Les canaux peuvent être obturés de façon alternée par exemple en damier. Selon un mode de réalisation de l'invention, tel que représenté à la figure 1, le corps filtrant 1 d'axe D est tubulaire à io section circulaire et de rayon R. Ce corps filtrant 1 comporte deux tubes 3, 4 d'axe T3, T4 à section circulaire et respectivement de rayon R3, R4 inférieurs à R. Le rayon R3 est inférieur au rayon R4. Le corps filtrant 1 et les tubes sont coaxiaux. Chaque tube 3, 4 et le corps filtrant 1 sont choisis de telle façon que l'inertie thermique du 15 corps filtrant 1 est inférieure à l'inertie thermique de chaque tube 3, 4. L'inertie thermique est calculée par la formule : p x Cp avec p, la masse volumique et Cp, la chaleur spécifique en J/kg.K . De plus, le corps filtrant 1 et chaque tube 3, 4 sont choisis de telle façon que la température de fusion du corps filtrant 1 est inférieure ou égale à la 20 température de fusion du tube 3, 4. Par exemple, le corps filtrant 1 peut être choisi en cordiérite (p = 2, 6 g/cm3 et Cp= 940 J/kg.K) et les tubes peuvent être choisi en acier inoxydable (Tfusion 1400 C, p = 7, 90 g/cm3 et Cp= 810 J/ kg.K). La température de fusion de l'acier est sensiblement égale à 25 1400 C (elle peut osciller entre 1350 C et 1500 C). La température de fusion de la cordiérite peut osciller entre 1300 C et 1500 C. La température d'utilisation ou de fonctionnement d'un filtre à particules est généralement inférieure à la température de fusion du corps filtrant 1. Par exemple, cette température de fonctionnement peut 30 être 1200 C de façon à éviter, par exemple, de forts gradients générés à l'intérieur du filtre ou de façon à éviter que les tubes 3, 4 ne risquent de fondre aux températures de fonctionnement du filtre à particules. Dans ce cas, la température de fusion du tube 3, 4 est supérieure à la température de fonctionnement du corps filtrant 1. -5 De plus, l'épaisseur des tubes 3, 4 est choisie faible par exemple entre 0,5 mm et 3 mm. Le fait de choisir de faibles épaisseurs permet de limiter l'impact défavorable sur la perte de charge (contre-pression échappement) induite par la diminution de la section efficace d'entrée des gaz dans le corps filtrant 1. De cette façon, l'inertie globale du système de dépollution est augmentée ce qui permet de mieux conserver la température en cas de retour au ralenti au sein du corps filtrant 1 et ainsi d'éviter les forts gradients thermiques en particulier radiaux. io De cette façon, la déformation du corps filtrant 1 due en particulier aux forces thermomécaniques qui sont principalement radiales peut être limitée. L'invention permet ainsi de renforcer le corps filtrant 1 de façon à mieux résister aux forces thermomécaniques. 15 Cette invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation décrit et illustré qui a été donné à titre d'exemple. Le corps filtrant 1 peut, par exemple, avoir une section polygonale, de n côtés (un pentagone, un hexagone). Lorsque le numéro de côtés n tend vers l'infini, on rejoint le mode de réalisation 20 qui prévoit un corps filtrant 1 à section circulaire. Cette invention peut également s'appliquer à un autre système de dépollution tel qu'un catalyseur. REVENDICATIONS 1. Corps filtrant (1) d'un système de dépollution des gaz d'échappement de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, le corps filtrant (1) disposant d'un axe (D) caractérisé en ce qu'il comporte au moins un tube (3, 4), d'axe (T3, T4) parallèle à l'axe (D). 2. Corps filtrant (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que io l'inertie thermique du corps filtrant (1) est inférieure à l'inertie thermique du tube (3, 4) et en ce que la température de fusion du corps filtrant (1) est inférieure ou égale à la température de fusion du tube (3, 4). 15 3. Corps filtrant (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur du tube (3, 4) est choisi entre 0, 5 mm et 3 mm. 4. Corps filtrant (1) selon l'une des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que le corps filtrant (1) est tubulaire à section circulaire et de rayon (R) en ce qu'au moins un tube (3, 4) à section circulaire et de rayon (R3, R4) inférieur à (R) et en ce que le corps filtrant (1) et le tube (3, 4) sont coaxiaux. 25 5. Corps filtrant (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des canaux obturés de façon alternée à l'une de leurs extrémités. 6. Système de dépollution des gaz d'échappement de moteur à 30 combustion interne d'un véhicule automobile caractérisé en ce que le système de dépollution comporte un corps filtrant (1) selon l'une des revendications précédentes.-7- 7. Système de dépollution selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système de dépollution est un filtre à particules. 8. Utilisation dans un système de dépollution d'un véhicule automobile d'au moins un corps filtrant (1) selon l'une des revendications 1 à 5 pour réduire les contraintes thermomécaniques appliquées au corps filtrant (1).