DISPOSITIF ET PROCEDE DE FILTRAGE DE GAZ D'ECHAPPEMENT CHARGES DE PARTICULES

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif de filtrage de gaz d'échappement chargés de particules, notamment pour véhicules automobiles, un ensemble de filtrage et un procédé de filtrage de gaz d'échappement chargés de particules.

[0002] Des efforts sont entrepris pour diminuer les émissions polluantes des moteurs à combustion interne utilisés dans les véhicules automobiles.

[0003] On connaît, par le document WO 01/19525, un ensemble de filtrage de gaz chargés de particules comprenant un électrofiltre, ou filtre électrostatique, à effet couronne ou décharge couronne. Le filtre électrostatique comprend une cage cylindrique recouverte intérieurement sur une portion axiale par un tricot en fils métalliques. La cage comprend deux ouvertures formées à proximité de ses extrémités axiales. Une tige centrale s'étend axialement dans la cage, en étant maintenue à ses extrémités par des isolateurs. La cage est maintenue à un potentiel nul, alors que la tige est portée à un potentiel négatif élevé. La tige porte des étoiles s'étendant perpendiculairement en direction de la cage.

[0004] Les gaz d'échappement pénètrent dans la cage par une ouverture et circulent axialement pour ressortir par l'ouverture opposée. La tige centrale munie des étoiles et portée à un potentiel négatif élevé constitue une structure émissive permettant de charger électriquement des particules portées par les gaz d'échappement. Un volume entourant la tige et les étoiles est ionisé. Des électrons sont émis et se dirigent vers la cage externe, heurtent des particules, et éventuellement s'associent à ces particules pour former des particules chargées négativement. Les particules ainsi chargées se déplacent radialement sous l'effet du champ électrique créé entre la tige centrale et la cage externe, et sont piégées par le tricot de fils métalliques.

[0005] Un tel dispositif possède l'inconvénient que les particules sont principalement chargées négativement par émission d'électrons et attachement des électrons émis avec les particules circulant dans un flux de gaz. Compte tenu de la faible concentration en particule des gaz d'échappement, la probabilité d'attachement des particules avec un électron émis reste faible. Il est nécessaire d'alimenter l'électrode centrale avec un niveau d'énergie important pour provoquer une émission d'électron importante. De plus, pour être piégées, les particules chargées doivent migrer radialement vers le tricot de fils métalliques. Cependant ces particules chargées se déplacent axialement en étant entraînées par les gaz d'échappement. Il est donc nécessaire de fournir une énergie d'alimentation de la tige centrale assurant une migration radiale rapide sous l'effet du champ électrique crée entre les électrodes.

[0006] On connaît également par le brevet US-A-5 557 923, un dispositif de filtrage électrostatique pour des particules de suie véhiculées par des gaz d'échappement issus d'un moteur à combustion interne, dans lequel les gaz sont amenés à traverser un agglomérat de fibres métalliques entourant un passage central fermé axialement du côté opposé à l'admission des gaz dans le dispositif.

[0007] Dans ce document, les particules de suie sont tout d'abord chargées électriquement au moyen d'une électrode annulaire disposée perpendiculairement au trajet des gaz d'échappement. L'électrode annulaire est placée dans un plan radial, en dehors de la zone occupée par l'électrode externe cylindrique ou tronconique. L'ionisation du milieu gazeux prend place à l'endroit de l'électrode annulaire où la quasi-totalité de l'énergie est injectée.

[0008] Ce document propose ainsi un mécanisme séquentiel de chargement des particules en amont de leur fixation.

[0009] On ne prévoit pas dans ce document de décharges couronnes entre deux électrodes de sorte que l'efficacité globale du dispositif reste faible.

[0010] La présente invention a pour objet un dispositif de filtrage permettant une amélioration du filtrage des particules, et nécessitant un apport d'énergie faible.

[0011] L'invention a également pour objet un dispositif de filtrage peu encombrant, simple, et pouvant être obtenu avec un coût de fabrication faible.

[0012] L'invention concerne encore un dispositif de filtrage permettant une élimination des particules filtrées, sans interruption du filtrage des particules, et pouvant facilement être intégrés dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile.

[0013] Tel qu'il est revendiqué, un tel dispositif de filtrage de gaz d'échappement pour véhicules automobiles, les gaz d'échappement étant chargés de particules, comprend des moyens de filtrage comportant un passage central pour les gaz d'échappement, une électrode externe formée par un agglomérat de fibres métalliques entourant le passage, une seconde électrode, et des moyens d'alimentation électrique des électrodes. Le passage central est fermé axialement du côté opposé à l'admission des gaz d'échappement dans les moyens de filtrage de façon que les gaz d'échappement passent, avant d'être évacués, à travers l'électrode externe qui est perméable aux gaz et apte à retenir mécaniquement les particules.

[0014] Selon l'invention, la seconde électrode est une électrode interne du type filaire, disposée selon l'axe du passage central, les moyens d'alimentation électrique étant capables d'établir entre les électrodes un champ électrique radial avec formation de décharges couronnes entre l'électrode externe et l'électrode interne filaire.

[0015] Le dispositif de filtrage permet simultanément un filtrage mécanique et un filtrage du type électrostatique. Les particules traversant le passage sont amenées à traverser l'électrode externe formée par un agglomérat ou un enchevêtrement de fibres métalliques présentant des interstices aptes à piéger les particules, ce qui permet un filtrage mécanique et favorise le filtrage électrostatique. L'électrode externe étant perméable aux gaz, les particules chargées ne doivent pas migrer dans une direction différente de la direction d'écoulement des gaz, mais sont piégées par filtrage mécanique ou électrostatique lors de leur passage à travers l'électrode externe.

[0016] L'électrode externe est de préférence reliée à une masse électrique, l'électrode interne pouvant être portée à un potentiel positif ou à un potentiel négatif.

[0017] Avantageusement, l'électrode externe comprend des pièces conductrices de renfort et de continuité électrique noyées dans l'agglomération de fibres métalliques. Les pièces conductrices sont métalliques et possèdent une certaine rigidité, permettant de renforcer l'électrode externe. Les pièces conductrices s'étendent de préférence radialement et axialement dans l'électrode en étant en contact avec de multiples fibres métalliques. Les pièces conductrices assurent donc une continuité électrique entre les fibres métalliques, et plus généralement dans l'ensemble de l'électrode.

[0018] Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend des moyens de chauffage de l'électrode externe. Avantageusement, les moyens de chauffage de l'électrode externe peuvent être des conducteurs noyés dans l'électrode externe et aptes à chauffer l'électrode externe par diffusion de chaleur par effet Joule. Les moyens de chauffage de l'électrode externe peuvent également comprendre des moyens de circulation d'un courant dans l'électrode externe pour provoquer un échauffement directement des fibres enchevêtrées par effet Joule. On peut également prévoir un chauffage de la matrice par induction, notamment à l'aide d'un générateur à induction.

[0019] Dans un mode de réalisation, l'électrode interne présente des aspérités saillantes dirigées sensiblement vers l'électrode externe. Les aspérités saillantes permettent de créer localement de forts gradients de potentiel électrique et donc' des valeurs de champ électrique importantes favorisant la génération de décharges couronnes.

[0020] Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend un collecteur de récupération des gaz d'échappement filtrés entourant l'électrode externe. Les gaz d'échappement chargés de particules traversent l'enchevêtrement de fibres métalliques formant l'électrode externe. Le carter de récupération permet d'acheminer les gaz d'échappement filtrés vers une sortie d'échappement, ou vers d'autres moyens de filtrage disposés en aval du dispositif de filtrage, sur la ligne d'échappement.

[0021] Un ensemble de filtrage de gaz d'échappement pour véhicule automobile, les gaz d'échappement étant chargés de particules peut comprendre une pluralité de cellules de filtrage comprenant un passage pour les gaz d'échappement, une électrode externe entourant le passage formé par un agglomérat ou un enchevêtrement de fibres métalliques perméables aux gaz en étant aptes à filtrer mécaniquement les gaz d'échappement, une électrode interne du type filaire disposée généralement selon l'axe du passage, des moyens d'alimentation électrique des électrodes pour établir un champ électrique avec formation de décharges couronnes pour un filtrage électrostatique des particules.

[0022] Des cellules de filtrages peuvent être associées en parallèle ou en série.

[0023] L'invention concerne encore un procédé de filtrage de gaz d'échappement pour véhicule automobile, les gaz d'échappement étant chargés de particules, dans lequel on filtre les gaz mécaniquement et de façon électrostatique en même temps par passage à travers une électrode externe perméable au gaz formée par un enchevêtrement de fibres métalliques et on établit un champ électrostatique avec décharge couronne entre une électrode filaire interne et l'électrode externe.

[0024] La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels :

• la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une cellule de filtrage selon l'invention ;
• la figure 2 est une vue d'un ensemble de filtrage comprenant des cellules de filtrage selon la figure 1 ; et
• la figure 3 est une vue d'une variante de l'ensemble de filtrage selon la figure 2.

[0025] Sur la figure 1, une cellule de filtrage, référencée 1 dans son ensemble, comprend une conduite d'admission 2, un collecteur 4, et une unité de filtrage 3 entre la conduite d'admission 2 et le collecteur 4.

[0026] L'unité de filtrage 3 comprend une électrode externe 5 de forme générale cylindrique et formée par un agglomérat ou un enchevêtrement de fibres métalliques. L'électrode externe 5 comprend des croisillons métalliques 6 noyés dans l'épaisseur de l'électrode externe 5. Sur la figure 1, on peut voir quatre croisillons métalliques 6. Les croisillons métalliques 6 sont répartis circonférentiellement et axialement dans l'épaisseur de l'électrode externe 5 pour augmenter sa rigidité et pour assurer une continuité électrique de l'électrode 5. L'électrode 5 forme un passage axial 7 qu'elle entoure.

[0027] L'électrode externe 5 comprend des surfaces frontales radiales 8, 9. Une portion d'extrémité 10 de l'électrode externe 5 située du côté de la face frontale 8 est insérée dans la conduite d'admission 2. La face frontale 8 vient en contact axial avec une couronne 11 de fixation de l'électrode externe 5 sur la conduite d'admission 2. La couronne de fixation 11 comprend une surface externe 12 en contact avec un alésage 13 de la conduite d'admission 2. La couronne 11 est traversée par un conducteur 14 sortant radialement de la couronne 11 et relié à la couronne externe 5. Le conducteur 14 relie électriquement l'électrode externe 5 à une masse de potentiel nul.

[0028] L'électrode externe 5 est ouverte du côté de sa surface frontale 8, de sorte que le passage central 7 communique avec la conduite d'admission 2. La conduite d'admission 2 comprend un orifice d'entrée 15 du côté opposé à l'électrode externe 5. Un disque 16 en matière isolante vient en appui axial par une surface radiale 17 contre la surface frontale 9 de l'électrode externe 5 opposée à la conduite d'admission 2. Le disque 16 ferme axialement le passage central 7 du côté opposé à la conduite d'admission 2.

[0029] L'unité de filtrage 3 comprend également une électrode centrale 18 sous la forme d'une tige 19 coaxiale à l'électrode externe 5 et dont une extrémité 20 est enfichée dans le disque isolant 16. L'électrode interne 18 s'étend axialement depuis son extrémité 20 au-delà de la couronne de fixation 11 en étant coudée pour former une portion radiale 21 sortant radialement de la conduite d'admission 2 par une ouverture 22 formée dans une paroi de la conduite d'admission 2. Un isolateur 23 est disposé dans l'ouverture 22 pour isoler électriquement la paroi de la conduite d'admission 2 de l'électrode interne 18. La portion radiale 21 est reliée électriquement à une source de tension 24.

[0030] L'unité de filtrage 3 comprend des moyens de chauffage de l'électrode externe 5 sous la forme de conducteurs 31, isolés ou non, et disposés axialement dans l'électrode externe 5 en étant noyés dans l'épaisseur de cette dernière. Les conducteurs 31 sont alimentés en vue d'une circulation de courant de façon non représentée sur le dessin pour des raisons de clarté.

[0031] Le collecteur 4 comprend une enveloppe cylindrique 25 entourant la portion de l'électrode externe 5 située en-dehors de la conduite d'admission 2. L'enveloppe cylindrique 25 s'étend axialement au-delà du disque isolant 16. L'enveloppe 25 comprend un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de l'électrode externe 5, de sorte qu'il existe un espace annulaire vide 26 entre l'enveloppe cylindrique 25 et l'électrode externe 5. Le collecteur 4 comprend une paroi radiale 27 reliant une extrémité 25a de l'enveloppe 25 située du côté de la conduite d'admission 2 à l'extrémité de la conduite d'admission 2, de façon étanche. Le collecteur 4 est fermé du côté opposé à la conduite d'admission 2 par une paroi radiale 28 pourvue d'une ouverture centrale 29, dans laquelle débouche une conduite d'évacuation 30.

[0032] Les gaz d'échappement chargés de particules entrent dans la conduite d'admission 2 par l'orifice d'entrée 15. Les gaz d'échappement chargés de particules pénètrent dans le passage central 7 de l'électrode externe 5 qui communique avec la conduite d'admission 2. Le disque isolant 16 empêche le passage axial des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement sont déviés radialement et traversent l'électrode externe 5 qui est perméable aux gaz. Les gaz d'échappement passent dans l'espace annulaire 26, puis circulent dans le collecteur 4 vers la conduite d'évacuation 30. La conduite d'évacuation 30 peut être reliée à une sortie d'échappement directement, ou par l'intermédiaire de différents volumes de catalyseurs par exemple du type oxydation réduction des oxydes d'azote.

[0033] En passant à travers l'électrode externe 5, les gaz d'échappement chargés de particules sont filtrés mécaniquement. En effet, l'électrode externe 5 est formée par un agglomérat ou un enchevêtrement de fils métalliques comprenant des interstices aptes à piéger les particules circulant dans les gaz.

[0034] Par ailleurs, la cellule de filtrage 1 permet également un filtrage électrostatique des gaz chargés de particules. L'électrode externe 5 est maintenue à un potentiel nul, l'électrode interne 18 étant portée à un potentiel positif ou négatif. La différence de potentiel créée entre les électrodes externe 5 et interne 18 induit la présence d'un champ électrique dans le passage axial 7. Si ce champ électrique possède une intensité suffisante, en particulier au très proche voisinage de l'électrode interne 18, il se produit une ionisation partielle ou totale des gaz, ou milieu, compris entre les électrodes interne 18 et externe 5.

[0035] Un milieu gazeux ionisé comprend des électrons libres et des ions positifs. Les particules présentes dans le milieu ionisé se combinent avec des électrons ou des ions en formant des particules chargées. De même, une avalanche électronique d'une électrode vers l'autre provoque des collisions entre les électrons et les particules qui se combinent pour former des particules chargées négativement.

[0036] La circulation radiale des gaz entraîne les particules chargées vers l'électrode externe 5. Les particules chargées traversant l'électrode externe 5 sont piégées par action de forces électrostatiques, de forces de Van Der Walls, de forces de capillarité et de forces électriques.

[0037] Dans le cas d'une électrode interne 18 portée à un potentiel négatif, les décharges couronnes possèdent une propagation spatiale limitée au proche voisinage de l'électrode centrale 18. Le volume de gaz ionisés est faible. Les électrons sont arrachés aux molécules du milieu sont repoussés vers l'électrode extérieure 5. Le phénomène prédominant est un phénomène d'avalanche électronique. Les particules présentes dans les gaz d'échappement se chargent principalement négativement par collision et combinaison avec des électrons libres.

[0038] Compte tenu de la faible concentration de particules dans les gaz d'échappement, la probabilité qu'un électron se déplaçant rapidement de l'électrode interne 18 vers l'électrode externe 5 heurte une particule et se combine avec cette dernière est faible. Afin de charger les particules de façon convenable en vue de leur filtrage électrostatique, il est nécessaire de provoquer une avalanche électronique suffisante. L'électrode interne 18 doit donc être portée à un potentiel élevé, par exemple compris entre 50 et 150 kV. L'augmentation du potentiel auquel est portée l'électrode interne 18 a également pour effet l'ionisation d'un milieu gazeux dans un volume plus étendu. Cependant, l'ionisation de tout le volume compris entre les électrodes interne 18 et externe 5 nécessite une énergie considérable.

[0039] Dans le cas d'une électrode interne 18 portée à un potentiel positif, la décharge couronne s'apparente à une onde d'ionisation se propageant depuis l'électrode interne 18 vers l'électrode externe 5. Le champ électrique fortement non homogène au voisinage proche de l'électrode centrale 18, c'est-à-dire avec de forts gradients de potentiel électrique dans la direction radiale, provoque, dans un premier temps, l'ionisation des gaz dans le voisinage proche de ladite électrode centrale 18. Les électrons libres sont attirés par l'électrode centrale 18. Il se crée une inhomogénéité locale de champ électrique du à la différence de mobilité entre les ions et les électrons entre le volume ionisé et la portion de volume entourant le volume ionisé. Cette inhomogénéité de champ électrique dans le gaz se propage comme une onde depuis l'électrode interne 18 vers l'électrode externe 5. Chaque portion de volume ionisé crée un gradient local de champ électrique provoquant l'ionisation du milieu proche entourant la portion de volume ionisé. Derrière l'onde de décharge couronne, les gaz sont ionisés, c'est-à-dire que le gaz est neutre électriquement dans son ensemble, mais comprend des électrons libres arrachés à des molécules devenues des ions positifs. L'onde d'ionisation se propage jusqu'à l'électrode externe 5. De la sorte, tout le volume compris entre l'électrode interne 18 et l'électrode externe 5 est traversé par l'onde d'ionisation.

[0040] Lorsque tout le volume entre l'électrode interne 18 et l'électrode externe 5 est ionisé, le trajet séparant ces deux électrodes est considéré comme un conducteur ohmique présentant une certaine résistivité qui augmente avec la recombinaison des électrons et des ions présents dans le milieu. Ce phénomène de recombinaison entraîne progressivement l'extinction du canal ionisé. Au voisinage de l'électrode centrale 18, une fois que le milieu a recouvré sa nature isolante, une nouvelle onde d'ionisation prend naissance, recommençant ainsi un nouveau cycle. Le phénomène d'onde d'ionisation se répétant avec une fréquence élevée permet de conserver un milieu ionisé de façon quasi permanente. Le phénomène d'ionisation peut être auto-entretenu ou entretenu en agissant sur le potentiel de l'électrode interne 18.

[0041] L'électrode interne 18 peut être alimentée par une source de tension positive continue, ou une source de tension positive par impulsion. Dans le cas d'une alimentation par une source de tension positive, des ondes d'ionisation sont créées de façon régulière spatialement et temporellement mais peu contrôlables par le circuit extérieur. Les caractéristiques du milieu imposent sa fréquence de répétition. L'alimentation de l'électrode interne 18 par une source de tension positive par impulsion permet de pouvoir appliquer des amplitudes de haute-tension plus importantes qu'en continu et de maîtriser la fréquence de répétition du phénomène.

[0042] Les particules entraînées par les gaz traversent donc un milieu ionisé. Il existe une plus grande probabilité, dans ce cas, qu'une particule rencontre une molécule ionisée ou un électron libre et se combine pour former une particule chargée positivement ou négativement. Une électrode interne 18 positive permet une ionisation du volume compris entre l'électrode interne 18 et l'électrode externe 5 avec une énergie apportée faible, en étant portée à un potentiel positif moindre, par exemple compris entre 1 kV et 50 kV.

[0043] L'électrode interne 18 du type filaire permet de créer dans le proche voisinage de l'électrode interne un champ électrique radial fortement inhomogène, c'est-à-dire avec une variation de l'amplitude du champ électrique très important, favorable à l'initiation d'une décharge couronne. Plus le rayon de courbure de l'électrode interne est petit, plus le gradient de potentiel électrique est important et de ce fait, plus le champ électrique est important et inhomogène. En d'autres termes, dans le cas d'une électrode du type filaire, plus le diamètre de l'électrode est petit, plus le gradient de potentiel électrique est important et de ce fait, plus le champ électrique est important et inhomogène. Avantageusement, l'électrode interne 18 filaire peut présenter un diamètre extérieur compris entre 0,1 mm et 10 mm. Un champ fortement inhomogène permet l'initiation d'une décharge couronne et d'une onde d'ionisation avec un potentiel positif faible de l'électrode interne 18, avec un apport d'énergie plus faible.

[0044] Par ailleurs, dans une configuration de champ homogène, la différence entre le potentiel permettant la formation d'ondes d'ionisation et le potentiel conduisant à la formation d'arcs entre les électrodes est faible. L'utilisation d'une électrode centrale du type filaire permet d'obtenir un champ inhomogène présentant un gradient suffisant pour la formation d'ondes d'ionisation sans risquer l'établissement d'arcs électriques entre les électrodes interne 18 et externe 5. L'électrode interne 18 portée à un potentiel positif permettant la formation de décharges couronnes avec un faible apport d'énergie diminue encore le risque de formation d'arcs.

[0045] Dans le cas d'une électrode interne 18 portée à un potentiel positif, les particules chargées négativement sont attirées vers l'électrode interne 18 où elles peuvent subir un traitement chimique entraînant leur destruction.

[0046] Les particules chargées positivement, qui se sont combinées avec des ions positifs, sont entraînées radialement vers l'extérieur par les gaz par les forces électriques. Une particule chargée positivement migre radialement vers l'extérieur et peut se trouver piégée dans l'électrode externe, de façon électrostatique et/ou mécanique. Une particule chargée s'implantera plus facilement dans une porosité de l'agglomérat. Une particule chargée, positivement ou négativement, va opérer une interaction électrostatique avec une fibre métallique reliée au potentiel de masse. Cet effet de couplage capacitif entre la particule et la fibre améliore de façon conséquente l'efficacité de capture des particules par les fibres.

[0047] Dans le cas d'une électrode interne 18 portée à un potentiel négatif, les particules sont principalement chargées négativement et migrent vers l'extérieur. Des particules peuvent également être chargées positivement et migrer vers l'intérieur ou l'extérieur. Plus le milieu entre les électrodes est ionisé, plus on retrouvera de particules chargées. Cependant, l'ionisation d'un volume important avec une électrode interne 18 chargée négativement requiert une énergie importante. Dans ce cas aussi, les particules migrant vers l'intérieur restent piégées, contrairement à un filtre à migration radiale et circulation axiale des gaz. Le filtrage est amélioré.

[0048] La combinaison d'un filtrage mécanique et électrostatique des particules circulant dans les gaz d'échappement permet une meilleure efficacité du filtrage, de sorte que les gaz d'échappement contiennent moins de particules en sortie de la cellule de filtrage 1.

[0049] De plus, la combinaison d'un filtrage mécanique et d'un filtrage électrostatique permet d'utiliser une électrode externe 5 possédant un coefficient de porosité élevé, de sorte qu'elle offre moins de résistance au passage des gaz. De cette façon, la contre-pression formée par le passage des gaz à travers le filtre est moins importante, et moins gênante pour le moteur à combustion interne situé en amont de la cellule de filtrage 1. L'intégration de la cellule de filtrage 1 dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile est donc facilitée.

[0050] Les conducteurs chauffants 31 traversant l'électrode externe 5 permettent une régénération de la cellule de filtrage 1. L'accumulation de particules piégées dans l'électrode externe 5 entraîne à la longue une diminution de l'efficacité de filtrage. Pour régénérer l'électrode externe 5, on provoque une augmentation de température de l'électrode externe 5, provoquant une combustion des particules piégées dans l'électrode externe 5. Les éléments chauffants sont alimentés en électricité, ce qui conduit à l'augmentation de leur température par effet Joule. Les éléments chauffants noyés dans l'électrode externe 5 chauffent cette dernière.

[0051] Dans une variante, on peut alimenter directement en courant l'électrode externe 5 pour la faire chauffer par dissipation d'énergie par effet Joule. A cette fin, on prévoira un circuit de circulation de courant à travers l'électrode externe 5.

[0052] Dans une autre variante, la montée en température de l'électrode externe 5 peut être obtenue à l'aide d'un système de chauffage par induction.

[0053] Dans une autre variante, on peut utiliser une mousse de nickel dans l'électrode externe 5. La mousse de nickel permet un filtrage mécanique des particules qui la traversent en étant portées par les gaz d'échappement, et sert également de catalyseur entre l'oxygène moléculaire contenu dans les gaz d'échappement et de l'hydrogène injecté en amont de la cellule de filtrage 1. La réaction fortement exothermique entre l'oxygène et l'hydrogène libère de la chaleur entraînant la combustion des particules et la régénération de l'électrode externe 5.

[0054] On peut également envisagé que ces particules soient éliminées par réaction avec des molécules chimiques formées lors de l'ionisation du milieu. Une telle élimination sera facilitée avec une électrode interne 18 portée à un potentiel positif et permettant une meilleure ionisation du milieu entre les électrodes.

[0055] La régénération d'une cellule de filtrage peut être effectuée périodiquement, en fonction d'une durée d'utilisation prédéterminée. On peut également prévoir des sondes de mesure du taux de particules dans les gaz d'échappement et/ou les gaz d'échappement non filtrés afin de déterminer lorsqu'une régénération est nécessaire.

[0056] Dans une variante de cellule d'ionisation, on peut envisager de prévoir une section d'ionisation en amont de la cellule. Un tel étage d'ionisation permet d'améliorer l'ionisation des particules avant leur circulation entre les électrodes interne 18 et externe 5. Par exemple, on peut prévoir à une extrémité amont de l'électrode interne 18 entourée par l'électrode externe 5 une boule ou sphère de faible rayon, pouvant éventuellement être formée par un agglomérat de fibres métalliques.

[0057] Dans une autre variante, une section d'ionisation est formée par une alternance de fils et de plaques disposées transversalement à l'écoulement des gaz d'échappement.

[0058] Sur la figure 2, un ensemble de filtrage 34 comprend un distributeur 35 comprenant une entrée 36 destinée à recevoir des gaz d'échappement chargés en particules, et une pluralité de sorties 37, ici au nombre de quatre. Chaque sortie 37 est reliée à une entrée d'une cellule de filtrage 38 du type décrit précédemment. L'ensemble de filtrage 34 associe une pluralité de cellules de filtrage 38 de petites dimensions. Un collecteur général 42 est reliés aux sorties des cellules de filtrage 42.

[0059] Le dispositif comprend une unité de commande 39 comprenant des moyens d'alimentation en énergie électrique. L'unité de commande est reliée par des liaisons électriques 40 aux électrodes interne des cellules d'ionisation, et par des liaisons électriques 41 aux électrodes externe des cellules d'ionisation 38.

[0060] En associant plusieurs cellules de filtrage 38, la régénération des différentes cellules de filtrage 38 peut être effectuée à des instants différents. Lors de la régénération d'une cellule de filtrage 38, le passage des gaz à travers la cellule de filtrage empêche le chauffage rapide de la cellule de filtrage et sa régénération rapide. L'utilisation de plusieurs cellules de filtrage 38 permet d'isoler une cellule de filtrage, les gaz d'échappement continuant à s'écouler dans les autres cellules de filtrage, afin de régénérer la cellule isolée.

[0061] Dans une variante, des cellules de filtrage peuvent être associées en série pour augmenter une efficacité de filtrage, par des filtrages successifs des gaz.

[0062] Des associations de cellules en parallèle et en série peuvent être envisagées.

[0063] Sur la figure 3, sur laquelle les références aux éléments semblables à ceux de la figure 2 ont été reprises, un ensemble de filtrage 34 comprend de sous-ensemble 43 de cellules, ici au nombre de deux, associées en série, les sous-ensembles 43 étant eux-mêmes associés en parallèle. Un distributeur 35 comprend une entrée 36 et deux sorties 37 chacune reliée à une entrée d'un sous-ensemble 43. Chaque sous-ensemble 43 comprend ici deux cellules de filtrage 38 disposées en série entre une sortie du distributeur 35 et une entrée d'un collecteur général 42.

[0064] Le dispositif de filtrage selon l'invention permet d'obtenir des cellules de filtrage compactes, de dimensions faibles, ce qui facilite l'association d'une pluralité de cellules de filtrage avec les avantages qui en découlent.

[0065] Grâce à l'invention, on obtient un dispositif de filtrage combinant un filtrage mécanique et électrostatique. Le dispositif de filtrage permet notamment le fonctionnement d'un filtre électrostatique avec une électrode centrale portée à un potentiel positif avec formation d'un champ électrique fortement non-homogène plus favorable à la formation d'ondes d'ionisation. L'électrode interne portée à un potentiel positif permet une ionisation de l'ensemble du volume compris entre l'électrode interne et l'électrode externe. Une électrode interne filaire, possédant un rayon de courbure faible, permet la formation d'un champ électrique fortement non-homogène et la formation d'ondes d'ionisation avec des potentiels faibles, et avec un apport d'énergie électrique faible.

Revendications

1. Dispositif de filtrage de gaz d'échappement pour véhicules automobiles, les gaz d'échappement étant chargés de particules, comprenant des moyens de filtrage comportant un passage central (7) pour les gaz d'échappement, une électrode externe (5) formée par un agglomérat de fibres métalliques entourant le passage, une seconde électrode, et des moyens d'alimentation électrique des électrodes (5, 18) le passage central (7) étant fermé axialement du côté opposé à l'admission des gaz d'échappement dans les moyens de filtrage de façon que les gaz d'échappement passent, avant d'être évacués, à travers l'électrode externe (5) qui est perméable aux gaz et apte à retenir mécaniquement les particules caractérisé par le fait que la seconde électrode est une électrode interne du type filaire, disposée selon l'axe du passage central, les moyens d'alimentation électrique étant capables d'établir entre les électrodes un champ électrique radial avec formation de décharges couronnes entre l'électrode externe (5) et l'électrode interne filaire (18).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'électrode externe (5) est reliée à une masse électrique, l'électrode interne (18) étant portée à un potentiel positif ou négatif.

3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'électrode externe (5) comprend des pièces conductrices (6) de renfort et de continuité électrique noyées dans l'agglomérat de fibres métalliques.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif comprend des moyens de chauffage (31) de l'électrode externe (5).

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'électrode interne (18) présente des aspérités saillantes dirigées sensiblement vers l'électrode externe.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un collecteur (4) de récupération des gaz d'échappement filtrés entourant l'électrode externe (5).

7. Ensemble de filtrage de gaz d'échappement chargés de particules, de véhicules automobiles, caractérisé par le fait qu'il comprend une pluralité de dispositifs de filtrage conformes à l'une des revendications précédentes.

8. Procédé de filtrage de gaz d'échappement chargés de particules d'un véhicule automobile, dans lequel on filtre les gaz mécaniquement et de façon électrostatique en même temps par passage entre les électrodes et à travers l'électrode perméable aux gaz formée par un agglomérat de fibres métalliques caractérisé par le fait qu'on établit un champ électrostatique avec une décharge couronne entre une électrode interne filaire et l'électrode externe.

Claims

1. Device for filtering the exhaust gases of motor vehicles, the exhaust gases being laden with particulates, comprising filtering means having a central passage (7) for the exhaust gases, an external electrode (5) formed by an agglomerate of metal fibres surrounding the passage, a second electrode and means for supplying electrical power to the electrodes (5, 18), the central passage (7) being closed axially on the opposite side to the intake of the exhaust gases into the filtering means, so that the exhaust gases before being discharged, pass through the external electrode (5) which is permeable to the gases and capable of mechanically retaining the particulates, characterized in that the second electrode is an internal electrode of the wire type, placed along the axis of the central passage, the electrical supply means being capable of establishing a radial electric field between the electrodes with the formation of corona discharges between the external electrode (5) and the wire internal electrode (18).

2. Device according to Claim 1, characterized in that the external electrode (5) is connected to an electrical earth, the internal electrode (18) being at a positive or negative potential.

3. Device according to either of Claims 1 and 2, characterized in that the external electrode (5) comprises conductive pieces (6) for reinforcement and for electrical continuity, said pieces being embedded in the agglomerate of metal fibres.

4. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the device includes means (31) for heating the external electrode (5).

5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the internal electrode (18) has protruding asperities directed substantially towards the external electrode.

6. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it includes surrounding the external electrode (5), a manifold (4) for recovering the filtered exhaust gases.

7. Assembly for filtering particulate-laden exhaust gases of motor vehicles, characterized in that it comprises a plurality of filtering devices in accordance with one of the preceding claims.

8. Method of filtering particulate-laden exhaust gases of a motor vehicle, in which the gases are mechanically and electrostatically filtered at the same time by passing between the electrodes and through the gas-permeable electrode formed by an agglomerate of metal fibres, characterized in that an electrostatic field is established, forming a corona discharge between a wire internal electrode and the external electrode.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Filtern von Abgasen für Kraftfahrzeuge, wobei die Abgase mit Partikeln angereichert sind, mit Filterungsmitteln, die einen Mittelkanal (7) für die Abgase enthalten, einer externen Elektrode (5), die durch ein Agglomerat aus den Kanal umgebenen Metallfasern gebildet ist, einer zweiten Elektrode und Mitteln für die elektrische Versorgung der Elektroden (5, 18), wobei der Mittelkanal (7) auf der Seite, die dem Eintritt der Abgase in die Filterungsmittel axial gegenüberliegt, verschlossen ist, derart, dass sich die Abgase, bevor sie abgeführt werden, durch die externe Elektrode (5) bewegen, die für Gase durchlässig ist und die Partikel mechanisch zurückhalten kann, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode eine interne Elektrode des Drahttyps ist, die längs der Achse des Mittelkanals angeordnet ist, wobei die Mittel für die elektrische Versorgung zwischen den Elektroden ein radiales elektrisches Feld mit Bildung von Koronaentladungen zwischen der externen Elektrode (5) und der internen Drahtelektrode (18) aufbauen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Elektrode (5) mit elektrischer Masse verbunden ist, während die interne Elektrode (18) auf einem positiven oder negativen Potential gehalten wird.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Elektrode (5) leitende Teile (6) für die Verstärkung und die elektrische Kontinuität, die in das Agglomerat aus Metallfasern eingetaucht sind, enthält.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel (31) zum Heizen der externen Elektrode (5) enthält.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Elektrode (18) vorstehende Unebenheiten aufweist, die im Wesentlichen zur externen Elektrode gerichtet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Rückgewinnungssammler (4) für gefilterte Abgase, der die externe Elektrode (5) umgibt, enthält.

7. Filterungsanordnung für mit Partikeln angereicherte Abgase für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Filterungsvorrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.

8. Verfahren zum Filtern von mit Partikeln angereicherten Abgasen eines Kraftfahrzeugs, in dem die Gase mechanisch und gleichzeitig elektrostatisch mittels des Durchgangs zwischen den Elektroden und durch die für Gase durchlässige Elektrode, die durch ein Agglomerat aus Metallfasern gebildet ist, gefiltert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer internen Drahtelektrode und der externen Elektrode ein elektrostatisches Feld mit Koronaentladung aufgebaut wird.

Dessins