Brevet FR2945960A1 — publié le 20101203

Procédé et installation de nettoyage d'un filtre à particules d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique La présente invention concerne un procédé et une installation de nettoyage d'un filtre à particules d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique. 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. Les gaz d'échappement de moteurs Diesel qui utilisent du gasole comme carburant referment à la fois des polluants gazeux tels que des hydrocarbures à brûler et des oxydes d'azote ou de carbone et des polluants solides qui sont principalement constitués par des particules de suies. Les normes antipollution appliquées aux moteurs Diesel nécessitent une élimination de plus en plus poussée des émissions de particules de suies dans les gaz d'échappement de ces moteurs. Afin d'assurer l'élimination des particules de suies, un post-traitement des gaz d'échappement utilisant un filtre à particules est nécessaire. Un tel filtre à particules est installé à l'intérieur d'une enveloppe métallique présentant une entrée d'introduction des gaz d'échappement et une sortie d'évacuation de ces gaz d'échappement. Le filtre à particules est formé d'un substrat de filtration tel que par exemple du carbure de silicium ou de la cordiérite ou du titanate d'aluminium. Dans ce substrat est délimitée une succession de canaux parallèles adjacents, les canaux étant obturés alternativement à l'une ou l'autre de leurs extrémités. Les gaz circulent ainsi au travers des parois latérales séparant en deux canaux adjacents. On connaît également des filtres à particules formés de substrat de type métallique, tressé ou fritté, ainsi que des substrats à base de fibres, par exemple des fibres de type céramique ou cellulose. Lors du fonctionnement du moteur, le filtre à particules retient des particules de suies, notamment 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 remplissage du filtre. Afin d'éliminer les suies 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 déposées dans le filtre à particules. A l'issue de régénérations successives du filtre à particules, des résidus non combustibles s'accumulent dans ce filtre provenant notamment des huiles et carburant utilisés dans le moteur ainsi que des additifs métalliques présents dans ce carburant. 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 de ce 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. Selon 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. Le jet d'eau appliqué sur la surface aval du filtre à particules est mis en oeuvre après que le filtre à particules a été démonté du véhicule et régénéré. Mais, avec ce procédé connu, le décollement des résidus non combustibles accumulés notamment sur la surface amont du filtre à particules, est délicat et parfois imparfait. Selon un autre procédé connu dans le FR 2 794 992, après démontage du filtre à particules, on applique à ce filtre un nettoyage comprenant une phase au cours de laquelle on fait passer un liquide de nettoyage tel que de l'eau au travers du filtre à particules et une phase d'expulsion des résidus et de séchage en faisant passer dans ledit filtre un gaz sous pression tel que de l'air comprimé. Ce procédé connu présente des inconvénients. En effet, l'opération de démontage du filtre à particules de la ligne d'échappement est réalisée alors que son taux d'encrassement est inconnu. Ainsi, dans le cas où le filtre est fortement encrassé, les différentes phases appliquées lors de la rénovation avec les procédés utilisés jusqu'à présent, ne suffisent pas à retirer l'ensemble des particules résiduelles du filtre à particules. Les résidus situés sur la périphérie du filtre ne sont pas ou que partiellement éliminés du fait de la difficulté à traiter ces zones à cause de la géométrie du cône d'entrée de l'enveloppe contenant le filtre à particules, les fluides utilisés se dirigeant naturellement dans l'axe du tube d'entrée et dans la partie centrale du filtre à particules. L'invention a donc pour but de proposer un procédé de nettoyage d'un filtre à particules ne présentant pas les inconvénients mentionnés ci-dessus et qui, en particulier, permet un nettoyage rapide et efficace du filtre. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de nettoyage d'un filtre à particules d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique, le filtre étant disposé dans une enveloppe présentant une entrée et une sortie des gaz d'échappement, ledit procédé étant caractérisé en ce que : - on met en circulation un flux gazeux de nettoyage à une pression et à un débit contrôlés 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 ledit filtre, - on arrête la circulation du flux gazeux de nettoyage, - on place sur la partie centrale de la face aval du filtre à particules, un obturateur, - on met en circulation le flux gazeux de nettoyage en canalisant au moyen dudit obturateur, le flux gazeux de nettoyage à la périphérie du filtre à particules. Suivant des modes particuliers de mise en oeuvre du procédé, celui-ci comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la circulation du flux gazeux de nettoyage est continue, - la circulation du flux gazeux de nettoyage est intermittente pendant des cycles successifs d'une Y2 à 10 secondes et de préférence de l'ordre de 3 secondes, - le flux gazeux de nettoyage est à une pression comprise entre 2 et 10 bars et de préférence de l'ordre de 6 bars, - après la mise en circulation du flux gazeux de nettoyage à la périphérie du filtre, on régénère les suies sur la face amont du filtre en faisant circuler un flux d'air chaud au travers dudit filtre de sa face amont vers sa face aval, - après la régénération des suies, on effectue un trempage par immersion du filtre à particules dans une solution de trempage, - après le trempage par immersion du filtre à particules, on met en circulation au travers du filtre à particules un flux de liquide de nettoyage à une pression et à un débit contrôlés de sa face aval vers sa face amont, - après la mise en circulation du flux de liquide de nettoyage, on effectue un séchage du filtre à particules, par mise en circulation au travers dudit filtre, d'un flux d'air à une pression et à un débit contrôlés de sa face aval vers sa face amont. L'invention a également pour objet une installation de nettoyage d'un filtre à particules d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique, le filtre étant disposé dans une enveloppe, caractérisée en ce qu'elle comprend : - des moyens de mise en circulation d'un flux gazeux de nettoyage à une pression et à un débit contrôlés 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 ledit filtre, - des moyens d'obturation de la partie centrale de la face aval du filtre à particules pour canaliser le flux gazeux de nettoyage à la périphérie du filtre à particules, - des moyens de mise en circulation d'un flux d'air chaud à une pression et à un débit contrôlés au travers du filtre à particules de sa face amont vers sa face aval pour régénérer les suies sur la face amont dudit filtre, - des moyens de trempage du filtre à particules dans une solution de trempage, - des moyens de mise en circulation d'un flux de liquide de nettoyage à une pression et à un débit contrôlés au travers du filtre à particules de sa face aval vers sa face amont, et - des moyens de mise en circulation d'un flux d'air de séchage à une pression et à un débit contrôlés au travers du filtre à particules de sa face aval vers sa face amont. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques en coupe axiale d'un filtre à particules au cours d'une première phase de nettoyage par circulation d'un flux gazeux, - la figure 3 est une vue schématique des moyens de régénération des suies sur la face amont du filtre à particules, - la figure 4 est une vue schématique des moyens de trempage du filtre à particules, et - la figure 5 est une vue schématique des moyens de nettoyage par circulation d'un liquide et des moyens de séchage du filtre à particules. 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 d'une ligne d'échappement dans laquelle ils sont normalement installés. De manière classique, 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. 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 ou plus généralement toute surface du filtre susceptible de retenir des suies ou des cendres. 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, non représenté. Après une utilisation prolongée du véhicule la face amont 14 du filtre à particules 10 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 14 du filtre 10. Le filtre 10 présente également une face aval 17 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 au regard de la face aval 17 du filtre à particules 10, un tronçon convergent 18 depuis la face aval 17 du filtre à particules jusqu'à une sortie 19 servant normalement à l'évacuation des gaz d'échappement issue du filtre à particules. La sortie 19 a une section correspondant sensiblement à celle des conduits constituant la ligne d'échappement. Avant de procéder au nettoyage proprement dit du filtre à particules 10, consistant à l'évacuation des résidus non combustibles, les suies non brûlées lors d'une phase antérieure de régénération doivent être éliminées du filtre à particules 10 et notamment de la face amont 14 après que ce filtre a été démonté. A cet effet, l'installation de nettoyage illustrée sur les figures est utilisée. Le nettoyage réalisé par l'installation représentée sur les figures vise à éliminer le plus complètement possible les particules solides contenues dans ledit filtre à particules. La première étape consiste à mettre en circulation un flux gazeux de nettoyage à une pression et à un débit contrôlés au travers du filtre à particules 10 de sa face aval 17 vers sa face amont 14 en considérant le sens d'écoulement des gaz d'échappement dans ledit filtre 10. Pour cela une buse 20 ou un jeu de buses 20 est monté par l'intermédiaire d'un support, non représenté, de telle sorte que cette buse ou ce jeu de buses puisse être placé au-dessus de l'extrémité de sortie du filtre à particules 10 et dirigé suivant l'axe longitudinal de ce filtre. La buse 20 est alimentée en flux gazeux sous pression, à partir d'un ensemble de distribution, non représenté, portant de manière classique des électrovannes et un programmateur permettant de commander les différentes phases du nettoyage. L'extrémité d'entrée 16 du filtre à particules 10 est disposée au-dessus d'un élément de récupération des particules ayant par exemple la forme d'un entonnoir 21 communiquant avec un bac de récupération, non représenté. La circulation du flux gazeux de nettoyage dans le filtre à particules 10 peut être continue ou intermittente pendant des cycles successifs d'une 1/2 à 10 secondes et de préférence de l'ordre de 3 secondes. Mais, dans le cas où le filtre 10 est fortement encrassé, les résidus situés sur la périphérie du filtre 10 ne sont pas totalement éliminés du fait de la géométrie du cône d'entrée formé par le tronçon 18 si bien que le flux gazeux de nettoyage utilisé a naturellement tendance à se diriger dans l'axe du filtre à particules 10. Pour augmenter l'efficacité du nettoyage, après avoir arrêté la circulation du flux gazeux de nettoyage, une seconde étape du procédé consiste à placer sur la partie centrale de la face aval 17 du filtre à particules 10, un obturateur 25 ainsi que représenté à la figure 2. Cet obturateur 25 est plein et réalisé en matériau souple, comme par exemple en caoutchouc. Cet obturateur 25 a la forme de préférence d'un disque. Du fait de la souplesse du matériau constituant l'obturateur 25, ce dernier est facilement introduit par le tube de sortie 19 du filtre à particules 10 par exemple au moyen d'une tige 26. Après avoir remis en circulation le flux gazeux de nettoyage dans le filtre à particules 10, la force de ce flux gazeux assure l'étanchéité en plaquant l'obturateur 25 contre une partie de la face aval 17 et ce flux gazeux suit naturellement les canaux restés libres à la périphérie de ce filtre à particules 10 afin d'assurer le nettoyage. Au cours de cette deuxième étape, la circulation du flux gazeux de nettoyage est continue ou intermittente comme au cours de la première phase. D'une manière générale, le flux gazeux de nettoyage est à une pression comprise entre 2 et 10 bars et de préférence de l'ordre de 6 bars. Afin de compléter et d'augmenter l'efficacité du nettoyage du filtre à particules, ce filtre à particules 10 est soumis à différentes opérations successives, et notamment à une opération de régénération des suies sur la face amont 14 du filtre 10, à une opération de trempage, une opération de lavage, puis une opération de séchage. Pour cela, l'installation de nettoyage comporte, ainsi que représenté à la figure 3, des moyens de mise en circulation d'un flux d'air chaud à une pression et 2à un débit contrôlés au travers du filtre à particules 10 de sa face amont 14 vers sa face aval pour régénérer les suies sur la face amont 14 dudit filtre à particules 10. Les moyens de régénération représentés à la figure 3 comprennent un tube calorifugé 30 comportant à une extrémité d'entrée d'admission d'air équipée d'un ventilateur 31 et un brûleur 32 disposé le long du tube 30 afin de créer une flamme à l'intérieur de celui-ci pour chauffer l'air injecté. A l'autre extrémité du tube 30 se trouve une ouverture 33. Cette ouverture 33 est adaptée pour permettre une connexion de l'enveloppe 12 du filtre à particules 10 depuis son extrémité ouverte 16. Ainsi, la face amont 14 du filtre à particules 10 se trouve exposée en regard de l'intérieur du tube 30. Pour la régénération des suies sur la face amont 14 du filtre à particules 10, l'air prélevé à l'extérieur par le ventilateur 31 est introduit à l'intérieur du tube 30 et se trouve amené à circuler au travers du filtre à particules 10 après avoir été chauffé au contact de la flamme produite par le brûleur 32. Ainsi, un flux d'air chaud est établi à travers ledit filtre à particules 10 de sa face amont 14 vers sa face aval 17. Ce flux d'air chaud est évacué par la sortie 19 du filtre à particules 10. Le ventilateur 31 est adapté pour créer un courant d'air chaud à une pression et à un débit contrôlés. La circulation d'air chaud au travers du filtre à particules 10 augmente la température des suies présentes sur la face amont 14 provoquant une combustion de celles-ci. Après la combustion complète, des suies l'enveloppe 12 du filtre à particules 10 est démontée du tube 30. Au cours d'une étape suivante de nettoyage, le filtre à particules 10 est disposé, ainsi que montré à la figure 4, dans des moyens de trempage contenant une solution appropriée. Pour cela, l'enveloppe 12 et le filtre à particules 10 sont immergés dans un bac 40 rempli d'une solution de trempage 41. Pendant toute la phase de trempage, le filtre à particules 10 est maintenu immergé. Après trempage, le filtre à particules 10 est débarrassé des résidus non combustibles déposés sur sa face amont 14 dans des moyens 50 représentés à la figure 5, de mise en circulation d'un flux de liquide de nettoyage à une pression et à un débit contrôlés au travers du filtre à particules 10 de sa face aval 17 vers sa face amont 14. Les moyens 50, destinés au nettoyage du filtre à particules 10, comportent des moyens d'alimentation 51 en fluide de nettoyage. Ces moyens 51 comprennent un réservoir 52 constitué par exemple d'une citerne contenant de l'eau. Des moyens 53 de chauffage de l'eau de tout type, adaptés sont installés dans la citerne 52. La sortie de la citerne 52 est reliée à une pompe 54 dont la sortie est reliée à une manche 55 adaptée pour acheminer le liquide de nettoyage issu du réservoir 52 jusqu'à la sortie 19 du filtre à particules 10. Une vanne d'arrêt 56 est prévue en sortie de la pompe 54. Des moyens 60 de mise en circulation d'un flux d'air de séchage à une pression et à un débit contrôlés sont en outre connectés à la manche 55, en aval de la vanne 56. Ces moyens 60 comportent un compresseur d'air 61 dont la sortie est reliée à une citerne d'air 62 à pression variable. Un régulateur de pression 64 est interposé entre la sortie du compresseur 61 et l'entrée de la citerne 62. La sortie de la citerne 62 est reliée à la manche 55 au travers d'une vanne d'arrêt 64. Les vannes 56 et 64 sont reliées à des moyens de commande afin de connecter alternativement la manche 55 au moyen d'alimentation en eau 51 ou au moyen d'alimentation en air 60. A l'issue des phases de régénération et de trempage effectuées sur les équipements représentés aux figures 3 et 4, la sortie 19 du filtre 10 est reliée à la manche 55, ainsi qu'illustré sur la figure 5. Un flux de liquide chaud de nettoyage est alors mis en circulation au travers du filtre à particules 10 de sa face aval 17 vers sa face amont 14. Le flux de liquide est réparti sur l'essentiel de la face aval 17 du filtre à particules, le volume compris entre la face aval 17 et la sortie 19 du filtre étant intégralement rempli de liquide. Ce liquide de nettoyage est issu du réservoir 52 équipé des moyens de chauffage 53. Selon une variante, 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 réservoirs d'alimentation distincts en eau à des températures différentes. Au cours de cette première étape, le flux de liquide est maintenu en permanence avec un débit et une pression contrôlés. Avantageusement, au cours de cette étape, la circulation du flux de liquide de nettoyage est interrompue au moyen de la vanne 56 et la vanne 64 est alors ouverte. A partir des moyens d'alimentation en air 60, un flux d'air est établi au travers du filtre à particules 10 de sa face aval 17 vers sa face amont 14. Cette deuxième étape dure pendant un temps déterminé. Les moyens 60 d'arrivée d'air sous pression sont adaptés pour fournir un flux d'air ayant un débit contrôlé et déterminé. De préférence, une succession d'étapes de balayage du filtre à particules 10 à l'eau et à l'air peut être mise en oeuvre. Le séchage du filtre à particules 10 peut être complété par un passage d'air chaud de sa face aval 17 vers sa face amont 14 de façon à éliminer les résidus d'eau et l'humidité. Le procédé selon l'invention, grâce aux différentes étapes ainsi réalisées, permet d'assurer un décollage et une évacuation satisfaisants des résidus. Le procédé et l'installation suivant l'invention peuvent être utilisés pour le nettoyage de tout filtre à particules de véhicule et notamment de véhicule à moteur Diesel. REVENDICATIONS1.- Procédé de nettoyage 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 entrée (16) et une sortie (19) des gaz d'échappement, ledit procédé étant caractérisé en ce que : - on met en circulation un flux gazeux de nettoyage à une pression et à un débit contrôlés au travers du filtre à particules (10) de sa face aval (17) vers sa face amont (14) en considérant le sens d'écoulement des gaz d'échappement dans ledit filtre (10), - on arrête la circulation du flux gazeux de nettoyage, - on place sur la partie centrale de la face aval (17) du filtre à particules (10), un obturateur (25), et - on met en circulation le flux gazeux de nettoyage en canalisant au moyen dudit obturateur (25), le flux gazeux de nettoyage à la périphérie du filtre à particules (10). 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la circulation du flux gazeux de nettoyage est continue. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la circulation du flux gazeux de nettoyage est intermittente pendant des cycles successifs d'une 1/2 à 10 secondes et de préférence de l'ordre de 3 secondes. 4.- Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le flux gazeux de nettoyage est à une pression comprise entre 2 et 10 bars et de préférence de l'ordre de 6 bars. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que après la mise en circulation du flux gazeux de nettoyage à la périphérie du filtre (10), on régénère les suies sur la face amont (14) du filtre (10) en faisant circuler un flux d'air chaud au travers dudit filtre (10) de sa face amont (14) vers sa face aval (17). 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que après la régénération des suies, on effectue un trempage par immersion du filtre à particules (10) dans une solution de trempage. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que après le trempage par immersion du filtre à particules (10), on met en circulation au travers du filtre à particules (10), un flux de liquide de nettoyage à une pression et à un débit contrôlés de sa face aval (17) vers sa face amont (14). 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que après la mise en circulation du flux de liquide de nettoyage, on effectue un séchage du filtre à particules (10) par la mise en circulation au travers dudit filtre à particules (10), d'un flux d'air à une pression et à un débit contrôlés de sa face aval (17) vers sa face amont (14). 9.- Installation de nettoyage d'un filtre à particules (10) d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique, le filtre (10) étant disposé dans une enveloppe (12), caractérisée en ce qu'elle comprend : - des moyens (20) de mise en circulation d'un flux gazeux de nettoyage à une pression et à un débit contrôlés au travers du filtre à particules (10) de sa face aval (17) vers sa face amont (14) en considérant le sens d'écoulement des gaz d'échappement dans ledit filtre, - des moyens (25) d'obturation de la partie centrale de la face aval (17) du filtre à particules (10) pour canaliser le flux gazeux de nettoyage à la périphérie du filtre à particules (10), - des moyens (30, 31, 32) de mise en circulation d'un flux d'air chaud à une pression et à un débit contrôlés au travers du filtre à particules (10) de sa face amont (14) vers sa face aval (17) pour régénérer les suies sur la face amont (14) dudit filtre (10), - des moyens de trempage du filtre à particules (10) dans une solution de trempage (41), - des moyens (50) de mise en circulation d'un flux de liquide de nettoyage à une pression et à un débit contrôlés au travers du filtre à particules (10) de sa face aval (17) vers sa face amont (14) et, - des moyens (60) de mise en circulation d'un flux d'air de séchage à une pression et à un débit contrôlés au travers du filtre à particules (10) de sa face aval (17) vers sa face amont (14). 10.- Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les moyens d'obturation comprennent un obturateur (25) plein en matériau souple. 11.- Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'obturateur (25) a la forme d'un disque.