FR2884858A1 - Dispositif pour le filtrage et l'elimination des particules contenues dans des gaz d'echappement ameliorant la capture des particules - Google Patents

Abstract

Ce dispositif de filtrage et d'élimination de particules contenues dans un gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile comprend un module d'agglomération électrostatique et un module (12) de récupération d'amas de particules agglomérées lors du passage des gaz d'échappement à travers le module d'agglomération.Le module de récupération comporte au moins une première électrode (31) formant anode et au moins une deuxième électrode (30) formant cathode s'étendant dans un champ électrique transversal, l'électrode formant cathode comprenant une surface (32) de réception de particules agglomérées déviée sous l'action du champ électrique formé entre les première et les deuxième électrodes qui débouche dans un volume de réception des particules.

Description

Dispositif pour le filtrage et l'élimination des particules contenues dans

des gaz d'échappement améliorant la capture des particules.

L'invention concerne le traitement de composants polluants contenus dans un milieu gazeux et, en particulier, le domaine des dispositifs de filtrage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne.

Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un dispositif de filtrage et d'élimination de particules contenues dans des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile qui comprend un module d'agglomération électrostatique et un module de récupération de particules agglomérées par le dispositif de filtrage électrostatique.

Les modules de filtrage électrostatique utilisent généralement un champ électrique pour provoquer une attraction des particules, chargées électriquement, jusqu'à un substrat sur lequel les particules viennent se fixer.

On pourra à cet égard se référer à la demande de brevet WO 00/02549 qui décrit un dispositif de filtrage électrostatique de particules comprenant un filtre électrostatique à effet couronne comportant une cage cylindrique à l'intérieur de laquelle pénètrent les gaz d'échappement en vue de leur filtrage.

On pourra également se référer au brevet US 4 478 613 qui décrit un autre type de dispositif de filtrage de particules comprenant un filtre électrostatique et un séparateur mécanique de particules.

Le filtre électrostatique comprend un élément tubulaire ayant une de ses extrémités fermée, à l'intérieur duquel se trouve un empilement de disques concentriques par rapport à l'axe du tube. Le tube est maintenu à un potentiel nul alors que les disques sont reliés à un potentiel négatif. Les gaz d'échappement pénètrent dans le tube par une ouverture et circulent axialement pour ressortir par une ouverture opposée située sur le côté. Les disques portés à un potentiel négatif constituent une structure émissive permettant de générer un champ électrique entre la surface intérieure du tube et les disques. Les gaz d'échappement traversent ce champ, et les particules contenues dans les gaz d'échappement se charge par dérive ionique. Les particules ainsi chargées se déplacent radialement sous l'effet du champ électrique créé pour aller se déposer sur la face interne du tube où elles s'amassent par couches.

De même, la demande de brevet français n 02 06304 décrit également un dispositif de filtrage de gaz d'échappement pourvu d'un tel module d'agglomération électrostatique. Dans ce dispositif, le filtrage est réalisé au moyen d'un enchevêtrement de fibres métalliques perméables au gaz qui délimitent intérieurement un passage pour les gaz et qui sont aptes à retenir mécaniquement des particules. Cet enchevêtrement constitue également une électrode qui, conjointement avec une électrode filaire disposée selon l'axe du passage, crée un champ électrique transversal suffisant pour dévier les particules véhiculées par les gaz d'échappement vers l'électrode externe au niveau de laquelle elles s'agglomèrent.

Mais il est alors nécessaire d'éliminer les particules piégées.

Ceci est généralement réalisé en utilisant un module de récupération des amas de particules qui se charge de collecter et stocker les amas de particules qui se détachent dès qu'ils atteignent une taille suffisante pour que les forces de frottement et de pression exercées par les gaz d'échappement les arrachent.

Au vu de ce qui précède, le but que se propose d'atteindre l'invention est d'améliorer la récupération des amas de particules agglomérées issus du module d'agglomération électrostatique.

L'invention a donc pour objet un dispositif de filtrage et d'élimination de particules contenues dans des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant un module d'agglomération électrostatique comportant une électrode interne et une électrode externe entre lesquelles est créé un premier champ électrique, l'électrode externe étant réalisée en matériau poreux capable de laisser passer les gaz d'échappement ainsi que des amas de particules agglomérées lors du passage des gaz d'échappement à travers la matière poreuse, et un module de récupération des amas de particules disposés en aval du module d'agglomération, en considérant le sens de circulation des gaz d'échappement.

Le module de récupération comporte au moins une première électrode formant anode et au moins une deuxième électrode formant cathode s'étendant dans un deuxième champ électrique transversal, l'électrode formant cathode comprenant une surface de réception de particules agglomérées déviées sous l'action du champ électrique créé entre la première électrode et la deuxième électrode qui débouche dans un volume de réception des particules.

Dans un mode de réalisation, la plaque est recouverte d'un couvercle muni de passages répartis le long de la cathode.

Cependant, afin de récupérer aisément les particules non piégées par les passages amont, le passage situé à l'extrémité aval de la cartouche a des dimensions accrues.

Dans un mode de réalisation du dispositif de filtrage selon l'invention, la surface de réception est disposée horizontalement, le champ électrique étant orienté verticalement de manière à dévier les amas de particules dans le sens de la pesanteur vers la cathode.

Selon encore un autre mode de réalisation, éventuellement combinable au mode de réalisation défini ci-dessus, la cathode comporte, de part et d'autre de ladite surface de réception, deux volumes de réception de particules agglomérées obturés chacun par des couvercles munis de passages répartis le long de la cathode de sorte que le passage aval présente des dimensions accrues, chaque volume de réception des particules étant associé à une électrode formant anode respective.

Dans ce cas, les anodes et la cathode peuvent être disposées verticalement et le champ électrique orienté horizontalement.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les électrodes du module d'agglomération et les électrodes du module de récupération sont alimentées par une même source d'alimentation.

Selon encore un autre mode de réalisation, la plaque peut être pourvue d'un rebord périphérique.

Selon encore une autre variante, éventuellement combinable aux modes de réalisation précédemment évoqués, le module de récupération comporte en outre un volume de stockage des amas de particules vers lesquels sont dirigés les amas de particules récupérés par la cathode en sortie dudit passage.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le ou les couvercles délimitent chacun avec ladite plaque un conduit dans lequel circule un gaz forçant les amas de particules vers le volume de stockage.

Afin d'améliorer la contenance de ce volume de stockage, les conduits sont pourvus chacun d'éléments de paroi incurvés formant des obstacles contre lesquels viennent se heurter les amas de particules. Toutefois, ces éléments de paroi sont portés, de préférence, au potentiel de la cathode.

Par exemple, le volume de stockage est constitué par le volume interne d'une chambre dont la paroi est constituée d'une mousse de filtrage.

On peut également doter le fond du volume de stockage d'un revêtement filtrant.

Selon une autre variante, le fond du volume de stockage a une forme d'entonnoir et comporte un orifice de sortie des amas de particules munis d'un filtre.

Pour éliminer les amas de particules récupérés par le module de récupération, la deuxième électrode peut comporter un rebord aval dans lequel sont pratiquées des ouvertures pourvues d'un filtre.

Dans les différents modes de réalisation précédemment évoqués, le module de récupération comporte avantageusement des moyens de régénération des amas de particules stockés dans le volume de stockage. Ces moyens de régénération peuvent être des moyens de régénération thermique ou, en variante, des moyens de régénération par oxydation d'hydrogène.

On peut encore, en variante, utiliser un conduit d'aspiration des particules agglomérées et stockées dans le volume de stockage connecté en amont d'un compresseur du circuit d'admission du moteur.

D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un module d'agglomération électrostatique d'un dispositif de filtrage et d'élimination de particules conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un module de récupération des amas de particules destiné à être placé en aval du module d'agglomération de la figure 1; - la figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation d'un module de récupération d'amas de particules conforme à l'invention; - la figure 4 illustre un autre mode de réalisation d'un module de récupération conforme à l'invention; - la figure 5 illustre encore une autre variante de réalisation d'un module de récupération d'amas de particules conforme à l'invention; - la figure 6 illustre encore un autre mode de réalisation d'un module de récupération d'amas de particules dans lequel les particules sont stockées dans un volume de stockage; - la figure 7 illustre un mode de réalisation selon lequel la cathode est pourvue d'éléments de paroi incurvée; - la figure 8 illustre un mode de réalisation du module de récupération dans lequel le volume de stockage est constitué par le volume interne d'une chambre réalisée à partir d'une mousse de filtrage; - la figure 9 illustre encore un autre mode de réalisation du module de récupération des particules selon lequel le fond du volume de stockage comporte un revêtement filtrant; - la figure 10 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation d'un module de récupération dans lequel le fond du volume de stockage a une forme d'entonnoir; - la figure 11 illustre encore un autre mode de collecte des amas de particules; - la figure 12 est une vue de côté d'un autre mode de réalisation d'un module de récupération d'amas de particules selon lequel les amas de particules sont récupérés au sein de la cathode; - la figure 13 est une vue de face du module de la figure 12; et - la figure 14 illustre un mode d'élimination des amas de particules récupérés par un module de récupération selon l'invention.

En référence aux figures 1 et 2, on va tout d'abord décrire un système de filtrage de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile.

Ce système de filtrage comprend essentiellement un filtre à particules 10 représenté sur la figure 1 et un module 12 de récupération d'amas de particules aglomérées par le filtre à particules 10, visible sur la figure 2. Le filtre à particules 10 est constitué par un module d'agglomération électrostatique assurant un piégeage et une agglomération des particules véhiculées par les gaz d'échappement. Le module 12 de récupération est disposé en aval du module 10 et débouche dans une conduite d'évacuation des gaz (non représentée) et assure une capture et une élimination des particules agglomérées extraites du module d'agglomération 10.

Comme on le voit sur la figure 1, le module d'agglomération électrostatique comprend une conduite d'admission 2, un collecteur 4 et une unité de filtrage 3 située entre la conduite d'admission 2 et le collecteur 4.

L'unité de filtrage 3 comprend une électrode externe 5 de forme générale cylindrique. Cette électrode 5 délimite intérieurement un passage axial 6 pour les gaz qui communique par l'une de ses extrémités avec la conduite 2.

L'électrode externe 5 comprend des surfaces d'extrémités mutuellement opposées 7 et 8. La surface d'extrémité frontale 7 est en contact axial avec une couronne 9 de fixation de l'électrode externe 5 sur la conduite d'admission 2. La couronne 9 est reliée à la masse.

L'électrode externe 5 est ouverte du côté de sa surface d'extrémité frontale 7, de sorte que le passage central 6 communique avec la conduite d'admission 2.

La conduite d'admission 2 comprend un orifice d'entrée 13 du côté opposé à l'électrode externe 5. Un disque 14 vient en appui axial par une surface radiale 15 contre la surface d'extrémité 8 de l'électrode externe 5 opposée à la conduite d'admission 2. Le disque 14 ferme axialement le passage central 7 du côté opposé à la conduite d'admission 2.

L'unité de filtrage 3 comprend également une électrode centrale 16 sous la forme d'une tige 17 coaxiale à l'électrode externe 5 et dont une extrémité 18 est enfichée dans une portion isolante du disque 14. L'électrode interne 16 s'étend axialement depuis son extrémité 18 au-delà de la couronne de fixation 9 en étant coudée pour former une portion radiale 19 sortant radialement de la conduite d'admission 2 par une ouverture 20. Un isolateur 21 est disposé dans l'ouverture 20 pour isoler électriquement la paroi de la conduite d'admission 2 de l'électrode interne 16. La portion radiale 19 est reliée électriquement à une source de tension 22.

Le collecteur 4 est disposé dans une enveloppe cylindrique 23 qui entoure l'électrode externe 5. L'enveloppe cylindrique 23 s'étend axialement audelà du disque 14. Elle comprend un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de l'électrode externe 5, de sorte qu'il existe un espace annulaire vide 24 entre l'enveloppe cylindrique 23 et l'électrode externe 5. Elle communique enfin du côté opposé à la conduite d'admission 2 avec une canalisation 28 débouchant dans le module 12 de récupération des particules agglomérées.

En effet, en fonctionnement, les gaz d'échappement chargés de particules pénètrent dans la conduite d'admission 2 par l'orifice d'entrée 13. Ils s'écoulent dans le passage central 6 de l'électrode externe 5, qui communique avec la conduite d'admission 2, dans lesquels ils sont ionisés et les particules chargées électriquement.

Comme on le conçoit, le disque 14 d'extrémité empêche le passage axial des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement sont alors déviés radialement et traversent les électrodes externes 5 qui est perméable au gaz.

L'électrode externe 5 est maintenue à un potentiel nul, l'électrode interne 16 étant portée à un potentiel positif ou négatif. La différence de potentiel créée entre l'électrode externe 5 et interne 16 induit la présence d'un champ électrique dans le passage axial 6. Si ce champ électrique possède une intensité suffisante, en particulier au très proche voisinage de l'électrode interne 16, il se produit une ionisation partielle ou totale des gaz, ou milieu, compris entre les électrodes interne 16 et externe 5.

Dans le cas d'une électrode interne 16 portée à un potentiel négatif, les particules présentes dans les gaz d'échappement se chargent principalement par collision et combinaison avec des électrons libres. 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 16 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 16 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 16 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.

Dans le cas d'une électrode interne 18 portée à un potentiel positif, les particules présentes dans les gaz d'échappement traversent un milieu ionisé. Il existe une plus grande probabilité, dans ce cas, qu'une particule rencontre une molécule ionisée et se combine pour former une particule chargée positivement. Une électrode interne 16 positive permet une ionisation du volume compris entre l'électrode interne 16 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.

Le champ électrique quasiment homogène dans l'espace inter-électrodes dévie les particules chargées qui migrent vers l'électrode poreuse. Le champ électrique est hétérogène uniquement à proximité des deux électrodes. Lorsque les particules se trouvent à proximité de l'électrode poreuse, de l'ordre de 1 mm, les lignes de champ électriques convergent vers les fibres de l'électrode poreuse. Les particules sont alors précipitées contre les fibres par les fortes augmentations locales du champ électrique. Etant donné que le champ électrique est nul à l'intérieur de l'électrode poreuse et que sa surface développée est faible, la majorité des particules atteint l'électrode dès la première rangée de fibres et quasiment aucune captation en profondeur ne s'effectue. Les particules chargées et déposées sur la face interne de l'électrode s'agglomèrent par interactions électrostatiques et par forces de Van der Waals. Les amas de particules grossissent alors jusqu'à atteindre une taille suffisante pour que les forces de frottement exercées par les gaz d'échappement les arrachent. Les amas de particules grossissent jusqu'à leur éjection hors de l'électrode poreuse sous la forme d'agglomérats.

A titre d'exemple, le rapport de taille, entre les particules des 20 gaz d'échappement émises par le moteur et les amas de particules ainsi récupérés, est de 10 à 100.

En se référant maintenant à la figure 2, le module de récupération 12 comporte essentiellement une cathode 30, par exemple raccordée à la masse et une anode 31 alimentée de préférence par la source de tension 22 utilisée pour polariser l'électrode interne 16 du module d'agglomération.

Dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, la cathode 30 a une structure creuse et comporte un fond 32 constituant une surface de récupération de particules agglomérées et un couvercle 33 muni de passages 34 réalisés par exemple sous la forme de fentes transversales réparties le long de la cathode 30 de son extrémité amont 35 vers son extrémité aval 36. On notera cependant que la fente 34 située au voisinage de l'extrémité aval 36 présente des dimensions accrues.

En fonctionnement, un champ électrique El est créé entre l'anode et la cathode au niveau de la partie pleine du couvercle, tandis qu'un champ électrique E2, plus faible, est créé à l'endroit des passages 34. Comme on le conçoit, sous l'action de ce champ électrique, les particules incidentes sont déviées et attirées vers la cathode. Une partie des amas de particules arrive directement sur les passages et sont dès lors emprisonnés dans le volume interne de la cathode. Une autre partie des amas de particules heurte le couvercle et sont à nouveau entraînés par le flux gazeux incident. Elles sont toutefois à nouveau soumises aux forces électriques et ainsi attirées contre la paroi pour être soit directement emprisonnées dans le volume interne de la cathode 30, soit de nouveau réentraînées par le flux incident. Toutefois, le dernier passage situé au voisinage de l'extrémité 36 aval de la cathode, de dimensions accrues, permet de piéger les particules toujours véhiculées par le flux gazeux incident.

Selon un autre mode de réalisation visible sur la figure 3, la cathode 30 est dépourvue de couvercle et ne consiste essentiellement qu'en une plaque de récupération de particules 32 pourvue d'un rebord périphérique 37.

On notera néanmoins que le mode de réalisation visible sur la figure 2 est avantageux dans la mesure où le champ électrique El à l'endroit des zones pleines du couvercle est supérieur au champ électrique obtenu avec le mode de réalisation de la figure 3. Un autre avantage lié à l'utilisation du couvercle 33 consiste à éviter une recirculation aérodynamique dans le volume de récupération des particules qui tend à expulser les particules préalablement piégées.

On notera également que les particules ont tendance à coller aux parois de la cathode par des forces électrostatiques et de Van der Waals.

On notera enfin que pour obtenir une capture des particules sur une distance la plus faible possible, la distance entre la cathode 30 et l'anode 31 doit être la plus faible possible. Or, cette distance dépend essentiellement des caractéristiques des gaz à capturer ainsi que du potentiel disponible et de la valeur du champ de claquage pour le gaz considéré. Ceci conduit à une valeur de quelques millimètres ou de l'ordre du centimètre. Dès lors, on pourra avantageusement prévoir plusieurs cellules de récupération de particules identiques disposées en parallèle.

De préférence, afin de faciliter le piégeage des particules, la cathode est positionnée horizontalement et l'anode est positionnée par rapport à la cathode de sorte que le champ électrique créé entre les électrodes 30 et 31 agissent sur les amas de particules dans le sens de la pesanteur.

Selon un autre mode de réalisation représenté sur la figure 4, dans lequel le flux de gaz et d'amas de particules incident est traité selon plusieurs cellules de récupération disposées en parallèle, ces cellules sont formées en utilisant une cathode 30 disposée entre deux anodes 31 et 31'. Dans ce mode de réalisation, la cathode 30 est essentiellement constituée d'une plaque de base 32 pourvue d'une paroi périphérique 37 et délimitant, de part et d'autre de la plaque 32, deux volumes de récupération de particules V et V'.

Dans ce cas, comme décrit précédemment en référence à la figure 2, les volumes V et V' sont obturés par deux couvercles 33 et 20 33' munis de passages 34 et 34'.

Comme dans l'exemple de réalisation précédemment décrit (figure 2), l'ensemble de la cathode est positionné à la masse, tandis que les anodes 31 et 31' sont connectées à la source de tension 22 (figure 1). On obtient alors, pour chaque volume de récupération V et V', un comportement similaire au comportement de la cathode décrit en référence à la figure 2.

Dans l'agencement illustré à la figure 4, les anodes et la cathode sont disposées horizontalement, l'une au-dessus de l'autre. En particulier, l'anode 31' est disposée sous la cathode 30. Aussi, l'attraction de la pesanteur qui tend à solliciter les particules dans le volume V, s'oppose, au contraire, à la déviation des particules qui circulent entre le cathode 30 et l'anode 31'.

Afin d'éviter une action négative du poids des amas de particules, une rotation de 90 du module de récupération est effectuée, de manière à positionner la cathode d'une part et les anodes 31 et 31', d'autre part, de manière verticale (figure 5). Selon cet agencement, les champs électriques créés dans le module de récupération s'étendent horizontalement. Les effets de la pesanteur sont alors inopérants. On pourra, par exemple, positionner plusieurs cellules identiques à la cellule visible sur la figure 5, côte à côte. On notera également que, selon une variante, le fond de la cathode, c'est-à-dire situé en partie inférieure de la figure 5, peut être ouvert afin de créer une dépression permettant d'améliorer la capture des amas de particules.

En particulier, comme visible sur la figure 6, selon laquelle plusieurs cellules identiques à la cellule de la figure 5 sont disposées côte à côte, les cathodes peuvent, en leur fond, déboucher dans un volume de récupération des particules V".

On voit en effet sur cette figure 6 que, dans ce mode de réalisation, le volume s'étendant entre une plaque de base 32 et deux couvercles latéraux 33 et 33' de la cathode constituent des passages P vers lesquels migrent les amas de particules après avoir été attirés vers la cathode sous l'action du champ électrique inter-électrode, et en particulier, après avoir été piégés à travers les passages des couvercles latéraux de la cathode 30. Ces passages P débouchent dans le volume commun V".

Dans ce mode de réalisation, cependant, la plaque de base 32 peut, comme représenté à la figure 7, être omise.

Comme indiqué précédemment, dans le but de faciliter la migration des amas de particules piégés vers le volume de récupération V", le module de récupération peut être disposé verticalement de manière à solliciter les amas de particules piégés vers le volume V" par gravité. On pourra cependant également envisager de transporter les particules au moyen d'un flux gazeux secondaire, comme indiqué par les flèches f.

On notera cependant que l'utilisation d'un tel flux gazeux est avantageuse dans la mesure où elle permet d'annihiler au moins en partie les forces électrostatiques ou les forces de Van der Waals consistant à maintenir les amas de particules contre la cathode.

On notera également que le volume V" utilisé pour la récupération des amas de particules peut être augmenté en accroissant sa hauteur.

Cependant, si la masse volumique des amas de particules est trop faible, le volume à stocker pourra devenir trop important ou sa fréquence de vidange trop élevée.

Pour pallier cet inconvénient, comme représenté sur la figure 7, la cathode est pourvue d'éléments de paroi formant des lames recourbées 38 au potentiel de la cathode s'étendant alternativement de l'une des parois latérales 33 ou 33' vers une partie médiane de la cathode de manière à créer des obstacles en forme de griffes perturbant l'écoulement des amas de particules et du flux gazeux secondaire.

En particulier, comme on le voit sur cette figure 7, les amas de particules adoptent une trajectoire relativement chaotique favorisant les collisions des amas de particules avec ces griffes. Ces chocs tendent à casser les amas de particules pour les rendre moins poreux, c'est-à-dire plus denses et limiter ainsi le volume nécessaire pour leur stockage.

Selon encore un autre mode de réalisation visible sur la figure 8, la cathode peut déboucher dans un volume de traitement V" délimité par une chambre 39 dont la paroi est réalisée en mousse ou en une matière filtrante appropriée.

Comme dans l'exemple de réalisation décrit précédemment, le transfert des amas de particules piégées peut s'effectuer soit par gravité soit, de manière complémentaire, en utilisant un flux gazeux de transport (flèche f').

On notera cependant que, dans ce mode de réalisation, la chambre délimitée par la paroi 39 constitue une chambre de traitement pour l'élimination des particules. Aussi, le volume V" est très inférieur au volume V' utilisé pour le stockage des particules. Il s'agit en effet, par exemple, d'effectuer un traitement ultérieur de la chambre de traitement afin d'élever sa température jusqu'à une température de combustion des amas de particules. Il est donc souhaitable, dans ce cas, de concentrer les particules dans un volume restreint afin d'augmenter le rendement de combustion.

Comme cela sera rappelé par la suite, diverses techniques de régénération peuvent être utilisées à cet effet.

Il est également possible, comme visible sur la figure 9, de prévoir, dans le fond du volume V" de récupération (figure 6), un revêtement de mousse 40 ou d'un support filtrant approprié formant un tapis permettant de piéger les amas de particules. Cependant, dans ce mode de réalisation, lesparticules sont éparpillées sur toute la surface de la mousse.

Selon une autre variante, visible sur la figure 10, afin de concentrer les amas de particules piégés dans un volume restreint, le fond 41 du volume V" de récupération a une forme d'entonnoir et comporte en partie centrale un goulot 42 sur lequel est placé une mousse ou un support filtrant (non représenté). On notera que, dans ce cas, lorsque l'on utilise plusieurs cellules disposées en parallèle, le volume de collecte V" peut être commun pour toutes les cellules et comporter plusieurs goulots 42 dotés chacun d'un élément filtrant pour la récupération des amas de particules.

Selon encore une autre variante, représentée sur la figure 11, le volume de récupération V" est séparé en deux chambres de récupération 43 et 44 vers lesquelles débouchent les cathodes, placées l'une au-dessus du module de récupération et l'autre en dessous. On améliore, dans ce cas, le transport des amas de particules par le flux gazeux secondaire.

Dans ce cas, la collecte des agrégats se fait en plaçant un élément filtrant, par exemple une mousse ou un filtre approprié à la sortie des cathodes, dans les chambres 43 et 44.

Enfin, selon encore un autre mode de réalisation illustré à la figure 12, qui illustre une vue de côté d'une cathode creuse et à la figure 13, qui illustre une vue de face de la cathode de la figure 12 du côté de la sortie du flux, la capture des amas de particules intervient dans la cathode creuse. Un flux secondaire est alors dirigé vers la paroi verticale aval 36 de la cathode creuse dans laquelle sont créées des ouvertures 45 et 46, par exemple aménagées en partie haute et en partie basse de la paroi verticale, ces ouvertures étant recouvertes d'un support filtrant.

Dans les différents modes de réalisation, lorsque le volume de stockage des particules, et en particulier, le support filtrant est chargé de particules, on procède à une phase de régénération afin d'éliminer les amas de particules piégés. A cet effet, on peut prévoir de doter le support filtrant de cordons chauffants à section carrée, rectangulaire ou circulaire aptes à entretenir la combustion des particules piégées.

On notera que, comme le débit du flux gazeux qui circule dans le volume de récupération est plus faible que le débit d'échappement principal, ce système de régénération engendre peu de pertes énergétiques et permet d'obtenir un rendement énergétique optimisé.

Il est également possible, en variante, d'utiliser une régénération par hydrogène. En effet, de l'hydrogène passant dans un catalyseur d'oxydation peut engendrer une élévation notable de la température des gaz d'échappement lorsqu'il est introduit en quantité suffisante. Une mise en oeuvre de cette technique de régénération peut alors consister à imprégner le support filtrant d'un métal précieux catalyseur de la réaction d'oxydation d'hydrogène et d'injecter l'hydrogène légèrement en amont de celui-ci. Une deuxième possibilité est de placer devant le module de récupération un catalyseur d'oxydation.

Selon encore une autre variante, représentée sur la figure 14, le volume de récupération V" est raccordé au circuit d'admission du moteur au moyen d'une conduite 47 afin que les amas de particules soient aspirés dans les chambres de combustion du moteur. On notera que ce mode de réalisation, dans lequel la dépression existante en amont du compresseur permet une aspiration des particules stockées dans le volume V", permet de limiter le coût de la combustion dans la mesure où elle ne nécessite pas de prévoir de support filtrant dans le volume V" de récupération et ne nécessite pas d'apport énergétique supplémentaire pour la combustion des amas de particules. Cette solution peut également être combinée à l'ensemble des modes de réalisation décrits précédemment.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de filtrage et d'élimination des particules contenues dans un gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant un module (10) de filtrage électrostatique comportant une électrode interne (16) et une électrode externe (5) entre lesquelles est créé un premier champ électrique, l'électrode externe étant réalisée en matériau poreux capable de laisser passer les gaz d'échappement ainsi que des amas de particules agglomérées lors du passage des gaz d'échappement à travers la matière poreuse, et un module (12) de récupération des amas de particules disposés en aval du module d'agglomération, en considérant le sens de circulation des gaz d'échappement, caractérisé en ce que le module de récupération (12) comporte au moins une première électrode (31, 31') formant anode et au moins une deuxième électrode (32) formant cathode, s'étendant dans un deuxième champ électrique transversal, l'électrode formant cathode comprenant une surface (32) de réception de particules agglomérées déviées sous l'action d'un champ électrique formé entre les première et deuxième électrodes qui débouche dans un volume de réception des particules.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque est recouverte d'un couvercle (33, 33') muni de passages (34, 34') répartis le long de la cathode.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le passage situé à l'extrémité aval de la cartouche a des dimensions accrues.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite surface de réception (32) est disposée horizontalement et en ce que le champ électrique est orienté verticalement de manière à dévier les amas de particules dans le sens de la pesanteur vers la cathode.

5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cathode comporte, de part et d'autre de ladite surface de réception (32), deux volumes (V, V') de réception de particules agglomérées obturés chacun par des couvercles (33, 33') munis de passages (34, 34') répartis le long de la cathode de sorte que le passage aval présente des dimensions accrues, chaque volume de réception des particules étant associé à une électrode (31, 31') formant anode respective.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les anodes et la cathode sont disposées verticalement et le champ électrique est orienté horizontalement.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les électrodes du module d'agglomération et les électrodes du module de récupération sont alimentées par une même source d'alimentation en tension (22).

8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque est pourvue d'un rebord périphérique (37).

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le module de récupération comporte en outre un volume (V") de stockage des amas de particules vers lesquels sont dirigés les amas de particules récupérés par la cathode en sortie dudit passage.

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le ou les couvercles délimitent chacun avec ladite plaque un conduit dans lequel circule un gaz forçant les amas de particules vers le volume de stockage (V").

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les conduits sont pourvus chacun d'éléments de paroi (38) incurvés formant des obstacles contre lesquels viennent se heurter les amas de particules.

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les éléments de paroi (38) sont portés au potentiel de la cathode.

13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à12, caractérisé en ce que le volume de stockage est constitué par le volume interne d'une chambre (39) dont la paroi est constituée d'une mousse de filtrage.

14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que le fond du volume de stockage comporte un revêtement filtrant (40).

15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le fond du volume de stockage a une forme d'entonnoir et comporte un orifice (42) de sortie des amas de particules munis d'un filtre.

16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la deuxième électrode comporte un rebord aval (36) dans lequel sont pratiquées des ouvertures pourvues d'un filtre.

17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, caractérisé en ce que le module de récupération comporte des moyens de régénération des amas de particules stockés dans le volume de stockage.

18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 17, caractérisé en ce que les moyens de régénération sont des moyens de régénération thermique.

19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 17, caractérisé en ce que les moyens de régénération comportent des moyens de régénération par oxydation d'hydrogène.

20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 et 19, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (47) d'aspiration des particules agglomérées stockées dans le volume de stockage connecté en amont d'un compresseur du circuit d'admission du moteur.