Brevet FR2953734A1 — publié le 20110617

-1- FILTRE A PARTICULES RECYCLABLE L'invention concerne le post-traitement des particules de suie générées par un moteur thermique dans une ligne d'échappement de véhicule. Le renforcement de la réglementation sur les émissions polluantes des véhicules à moteur thermique conduit, notamment pour les véhicules à motorisation dite « à mélange pauvre », à la mise en place de tels post-traitements. On connaît ainsi plusieurs dispositifs de post-traitement, constitués de filtres accumulant en leur sein les particules à éliminer. Ces filtres contiennent un média filtrant, fabriqué en céramique et constitué de canaux qui permettent d'accumuler les suies. Ils sont nettoyés périodiquement tout au long de leur utilisation, au cours du roulage du véhicule, par un processus de nettoyage dit de régénération, qui consiste à injecter en amont du filtre, du carburant permettant de brûler les particules de suies accumulées. Ces filtres à particules connus utilisent un média filtrant dont le matériau est lourd et coûteux. De plus, leur fiabilité est limitée, d'une part par la combustion des suies, processus fortement exothermique susceptible de fissurer la céramique, et d'autre part par l'accumulation des cendres de combustion des suies, qui obturent progressivement les canaux du média filtrant. Enfin, le recours à l'injection de carburant pour brûler les suies augmente la consommation de carburant du véhicule et les rejets de dioxyde de carbone (CO2) résultant de la combustion de suies, et il diminue les intervalles de vidange du moteur du fait d'une plus grande dilution du carburant dans l'huile. L'invention a pour but de diminuer le poids et le coût, et d'améliorer la fiabilité des filtres à particules connus. Elle vise également à diminuer la consommation de carburant et les rejets de CO2 du véhicule, et à augmenter ses intervalles de vidange. Pour cela, l'invention propose un média filtrant recyclable, 2953734 -2- qui soit décolmatable par les vibrations du véhicule transmises au filtre et par gravité, sans recours à l'injection de carburant et à la combustion des suies. Elle propose également un volume de stockage des suies à l'écart du média filtrant, et des moyens de compactage des suies, en vue de leur évacuation. 5 Une forme particulière de la surface du média filtrant, par exemple en « boîte à oeufs », permet de faciliter le décolmatage. Selon un premier mode de réalisation, le média filtrant se présente sous la forme d'un panneau plan, et selon un deuxième mode, il se présente sous la forme d'un tube. Le média peut éventuellement être plissé. 10 Dans ces différents cas, le compactage des suies peut être réalisé par l'action d'un élément mobile, par exemple un piston, ou par la pression des gaz d'échappement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs modes 15 de réalisation non limitatifs de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés sur lesquels, • les figures 1 et lA représentent respectivement une vue en perspective et une coupe d'un filtre équipé d'un média filtrant en forme de panneau plan et d'un piston de compactage des suies, 20 • les figures 2 et 2A représentent respectivement une vue en perspective et une coupe d'une variante de filtre avec un système de compactage des suies par pression des gaz, • les figures 3 et 3A représentent respectivement une vue en perspective et une coupe d'une variante de filtre avec un média filtrant de 25 forme tubulaire, et • les figures 4 et 4A illustrent de façon non limitative la structure du média filtrant. En référence aux figures 1 et 1A, le filtre à particules 1 comprend, entre un tuyau d'entrée des gaz d'échappement 2 et un tuyau de sortie des gaz 2953734 -3- d'échappement 3, sur lesquels il est fixé, par exemple soudé, un corps de filtre 4. A sa partie supérieure extérieure, le corps 4 est fixé à la caisse 5 (visible sur la figure 1A) du véhicule par au moins une patte de liaison 6 permettant de transmettre au filtre 1 les vibrations provenant du véhicule lors du roulage. 5 Le corps de filtre 4 contient, dans sa partie supérieure, un média filtrant 7, qui se présente sous la forme d'un panneau sensiblement horizontal. Ce média filtrant 7 est fixé de façon amovible, par exemple clippé, sur le corps 4, qui assure également une fonction de support du média filtrant 7. Le média filtrant 7 est réalisé au moyen d'une épaisseur de matériau 10 éventuellement plissé. Il sépare le corps du filtre 4 en deux parties : en dessous de lui, une chambre sale 8 où le tuyau d'entrée 2 introduit les gaz à filtrer, et au dessus de lui, une chambre propre 9 d'où les gaz filtrés ressortent vers le tuyau de sortie 3, après avoir traversé le média filtrant 7. Pendant le roulage du véhicule, le filtre à particules 1 présente le mode de 15 fonctionnement suivant : les suies présentes dans les gaz d'échappement à leur arrivée dans la chambre sale 8 sont retenues par le média filtrant 7 et s'agglomèrent sur la face inférieure du panneau. Sous l'effet des vibrations du véhicule et de la gravité, les suies sont décollées du média filtrant 7 et recueillies dans le bas de la chambre sale 8. On réalise ainsi le décolmatage du média filtrant 20 7. Le corps de filtre 4 contient également, dans sa partie inférieure, des moyens permettant de compacter et de stocker les suies avant leur évacuation. Il est prolongé par un volume de stockage 10, par exemple une cassette parallélépipédique, qui est fixée, par exemple soudée, sur le corps de filtre 4. 25 Le volume de stockage 10 communique avec la chambre sale 8 par une ouverture 11. Il peut contenir un tiroir extractible 12 (dans le prolongement à droite du corps de filtre 4 sur la figure 1A) qui coulisse à la façon d'une boîte d'allumettes, et peut être sorti du volume de stockage (10) par la droite. Lorsque le véhicule s'arrête, le filtre 1 présente le mode de fonctionnement 2953734 -4- suivant ; le bas de la chambre sale 8 est balayé horizontalement de la gauche vers la droite par un élément mobile 13, par exemple un piston mû par un actuateur électrique 14. Les suies accumulées dans le bas de la chambre sale 8 pendant le roulage du véhicule sont repoussées dans le volume de stockage 10 à travers 5 l'ouverture 11. Le piston est ensuite ramené en position gauche. Les mouvements du piston peuvent être répétés à chaque arrêt du véhicule. Il est également possible de choisir de déclencher différemment les mouvements du piston, par exemple lors des redémarrages du véhicule, ou périodiquement lors du roulage. 10 Progressivement, les suies sont compactées au fond du tiroir 12. Quand un certain seuil de saturation est atteint, on vide le volume de stockage 10 de ses suies en extrayant le tiroir amovible 12 par la droite. A cette occasion, le média filtrant 7 peut être remplacé par un média neuf. Les figures 2 et 2A présentent un deuxième mode de réalisation de 15 l'invention. Ce mode diffère du précédent en ce que le compactage des suies est réalisé par différence de pression des gaz d'échappement. Le filtre à particules 1 comporte en dessous de la chambre sale 8 un boîtier de compactage 15. Ce boîtier 15 est monté amovible, par exemple vissé, sous le corps de filtre 4. Il comporte à sa partie inférieure une chambre de compression 20 16, qui est séparée de la chambre sale 8 par une membrane filtrante de compactage 17 rigide, par exemple un média filtrant reposant sur une grille métallique. Le boîtier 15 comporte également à sa partie supérieure un volume de stockage 10. La chambre de compression 16 est reliée au tuyau de sortie 3 des gaz 25 d'échappement par un conduit secondaire 18. Le conduit 18 débouche dans le tuyau de sortie 3 en aval d'une vanne principale 19 montée sur le tuyau de sortie 3. Il est équipé d'une vanne secondaire 20. Selon la position des vannes, le filtre 1 présente deux modes de fonctionnement distincts 2953734 -5- - En mode « filtration », la vanne principale 19 est ouverte, et la vanne secondaire 20 est fermée. Les gaz d'échappement traversent le média filtrant 7. Les suies s'y agglomèrent puis tombent au fond de la chambre sale 8. - En mode « compactage », la vanne principale 19 est refermée et la vanne 5 secondaire 20 est ouverte. Les gaz d'échappement passent alors à travers la membrane filtrante de compactage 17, sur laquelle les suies se déposent. Grâce à la différence de pression régnant entre la chambre sale 8 et la chambre de compression 16, les suies sont compactées à la surface de la membrane 17. Quand un certain niveau de saturation du volume de stockage 10 10 est atteint, le boîtier 15 peut être démonté et vidé. Les figures 3 et 3A présentent en variante un média filtrant 7 qui présente une forme tubulaire, par exemple cylindrique. Ce média 7 tubulaire comporte à ses extrémités deux bagues de fixation 21 et 22. 15 La première bague 21, à gauche sur les figures, obture l'entrée du tube. Son diamètre est plus petit que la section du corps 4 dans laquelle elle est logée. Elle est fixée à sa périphérie par au moins deux ergots 23 et 24. Les gaz d'échappement peuvent donc traverser la section du corps 4 laissée libre par la bague 21, et ils sont dirigés sur les parois latérales extérieures du média filtrant 20 7. La deuxième bague 22, à droite sur les figures, est en forme d'anneau plat. Elle est ouverte dans sa partie centrale pour permettre l'évacuation, par l'intérieur du tube, des gaz d'échappement filtrés. Son bord extérieur épouse la forme du corps 4, de façon à obturer la section du corps autour du tube. Cette 25 obturation force les gaz entrants (non filtrés) à passer à travers le média 7 et évite tout reflux des gaz filtrés vers l'amont. En d'autres termes, le média filtrant 7 tubulaire, en combinaison, avec les deux bagues 23 et 24, sépare le corps de filtre 4 en deux volumes distincts, une chambre sale 8 et une chambre propre 9, comme dans le premier mode de réalisation. Les figures 4 et 4A illustrent un exemple non limitatif de la surface du média filtrant 7, par exemple en forme en « boîte à oeufs », qui facilite le décolmatage du média 7. Cette forme s'intègre parfaitement à un média 7 ayant une structure plissée comme indiqué sur la figure 4A. En résumé, le filtre à particules 1 selon l'invention présente au moins un média filtrant 7 des gaz, permettant de filtrer des gaz d'échappement et d'agglomérer les suies à sa surface. Il comporte d'autre part des moyens de décolmatage et de stockage situés à l'écart du média (7). REVENDICATIONS1. Filtre (1) pour gaz d'échappement d'un véhicule à moteur thermique, comportant à l'intérieur d'un corps de filtre (4) au moins un média plissé filtrant (7) les suies, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de décolmatage du média (7). 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le média filtrant est 10 un panneau sensiblement horizontal monté amovible sur le corps (4). 3. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le média filtrant (7) a la forme d'un tube monté amovible sur le corps (4). 4. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le média filtrant (7) est décolmaté par l'action des vibrations de la 15 caisse (5) du véhicule pendant le roulage et par la gravité. 5. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un volume de stockage (10) à l'écart du média filtrant (7). 6. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen permettant le compactage des suies. 20 7. Filtre selon la revendication 6, caractérisé en ce que le compactage des suies est réalisé par un élément mobile (13). 8. Filtre selon la revendication 6, caractérisé en ce que le compactage des suies est réalisé par différence de pression. 9. Filtre selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le volume 25 de stockage des suies est amovible. 10. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface du média filtrant présente une forme en « boîte à oeufs ».