FR3044353A1 - Dispositif d'extraction des particules solides et engin roulant equipe d'un tel dispositif - Google Patents

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Abstract

Dispositif (1) d'extraction des particules solides des gaz d'échappement de moteur (30) thermique équipé d'un circuit (32) d'admission d'air frais, ce dispositif (1), disposé, en aval du collecteur (31) de gaz d'échappement du moteur (30) thermique, comprenant, une turbine (2) une chambre (4) formant zone tampon pour réguler le débit du flux de gaz d'échappement et au moins une chambre (5) de centrifugation équipée d'un rotor (6) et d'un collecteur (7) de particules, le rotor (6) de la chambre (5) de centrifugation étant couplé à l'axe de la turbine (2) disposée en amont de la chambre (5) de centrifugation et de la chambre (4) formant zone tampon, pour provoquer un entrainement en rotation du rotor (6) de la chambre (5) de centrifugation et la fonction de séparation des particules du flux de gaz Le dispositif (1) comprend, en aval de la chambre (5) de centrifugation, un circuit (8) de retour des gaz d'échappement raccordable au circuit (32) d'admission d'air frais du moteur (30) thermique, ce circuit (8) de retour étant équipé de moyens (9) de refroidissement.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un dispositif d'extraction des particules solides contenues dans les gaz d'échappement d'un moteur thermique et un engin roulant équipé d'un tel dispositif.
Elle concerne plus particulièrement un dispositif d'extraction des particules solides des gaz d’échappement de moteur thermique équipé d’un circuit d’admission d’air frais, ce dispositif, disposé sur le parcours des gaz d’échappement, en aval du collecteur de gaz d’échappement du moteur thermique, comprenant, pris dans le sens de circulation des gaz, une turbine apte à être actionnée en rotation par la pression du flux de gaz d’échappement émanant du collecteur de gaz d’échappement du moteur thermique, au moins une chambre formant zone tampon pour réguler le débit du flux de gaz d’échappement et au moins une chambre de centrifugation équipée d’un rotor et d’un collecteur de particules, le rotor de la chambre de centrifugation étant couplé à l’axe de la turbine disposée en amont de la chambre de centrifugation et de la chambre formant zone tampon, pour provoquer un entrainement en rotation du rotor de la chambre de centrifugation et la fonction de séparation des particules du flux de gaz d'échappement dans ladite chambre de centrifugation.
ART ANTERIEUR
Les moteurs à explosion ou à combustion sont une source importante de pollution. En effet, ces moteurs restituent à l'air des produits de combustion qui contiennent, en proportion importante, des particules en suspension formant les fumées et constituées de résidus carbonés ou "imbrûlés" de fines gouttelettes de lubrifiant, ainsi que des composés en proportion variable provenant de la réaction des produits d'addition incorporés dans le liquide combustible pour en améliorer les propriétés détonantes. L'ensemble de ces produits, et en particulier les particules contenues dans ces produits de la combustion, ont une influence néfaste sur l'environnement. De nombreux dispositifs ont donc été développés à ce jour pour éliminer les particules de produits carbonés contenues dans les gaz rejetés dans l'atmosphère, comme l'illustre le brevet EP 1.117.908.
Toutefois, un tel dispositif ne permet pas, dans de bonnes conditions, une réinjection des gaz d'échappement issus du dispositif en entrée du moteur.
Un but de l'invention est donc de proposer un perfectionnement du dispositif décrit dans le brevet EP 1.117.908 pour permettre une réinjection des gaz d'échappement issus du dispositif en entrée du moteur dans de bonnes conditions.
RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d’extraction des particules solides des gaz d’échappement de moteur thermique équipé d’un circuit d’admission d’air frais, ce dispositif, disposé sur le parcours des gaz d’échappement, en aval du collecteur de gaz d’échappement du moteur thermique, comprenant, pris dans le sens de circulation des gaz, une turbine apte à être actionnée en rotation par la pression du flux de gaz d’échappement émanant du collecteur de gaz d’échappement du moteur thermique, au moins une chambre formant zone tampon pour réguler le débit du flux de gaz d’échappement et au moins une chambre de centrifugation équipée d’un rotor et d’un collecteur de particules, le rotor de la chambre de centrifugation étant couplé à l’axe de la turbine disposée en amont de la chambre de centrifugation et de la chambre formant zone tampon, pour provoquer un entrainement en rotation du rotor de la chambre de centrifugation et la fonction de séparation des particules du flux de gaz d'échappement dans ladite chambre de centrifugation, caractérisé en ce que le dispositif comprend, en aval de la chambre de centrifugation, un circuit dit de retour des gaz d’échappement raccordable au circuit d’admission d’air frais du moteur thermique, ce circuit de retour étant équipé de moyens de refroidissement.
Les moyens de refroidissement permettent de condenser une partie des gaz d'échappement circulant dans le circuit retour. Ces condensais peuvent ensuite être évacués.
Selon un mode de réalisation, au moins une portion du circuit de retour est une portion élargie formant une enceinte à l’intérieur de laquelle les moyens de refroidissement sont au moins partiellement logés.
Selon un mode de réalisation, ladite enceinte est pré-remplie d’une solution aqueuse.
La solution aqueuse permet aux gaz entrants une condensation dans de meilleures conditions.
Selon un mode de réalisation, ladite enceinte présente un niveau de remplissage maximal, et le circuit de retour est, côté aval de l’enceinte, en communication avec l’enceinte au niveau d’une zone de l’enceinte disposée au-dessus du niveau d’eau maximal de l’enceinte.
Selon un mode de réalisation, l’enceinte comprend, pour éviter un trop-plein de l’enceinte, une sortie débouchant dans l’environnement de préférence via une unité de traitement chimique apte au moins à neutraliser par basification ladite solution aqueuse.
Selon un mode de réalisation, l’unité de traitement chimique comprend des moyens de raccordement au circuit d’admission d’air frais du moteur thermique.
Selon un mode de réalisation, la sortie de l’enceinte débouchant dans l’environnement est une sortie obturable à l’aide d’un organe d’obturation à actionnement manuel ou automatique.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un capteur de niveau de l'enceinte disposé à l'intérieur de l'enceinte et/ou un capteur de données représentatives de l'arrêt du moteur thermique, et l’organe d’obturation est un organe d’obturation à actionnement automatique en ouverture/ fermeture en fonction des données fournies par le capteur de niveau et/ou le capteur d’arrêt du moteur thermique.
Selon un mode de réalisation, la sortie de l’enceinte débouchant dans l’environnement est disposée au-dessus du niveau de pré-remplissage de l’enceinte en solution aqueuse.
Selon un mode de réalisation, les moyens de refroidissement comprennent un tube d’axe longitudinal s’étendant transversalement à la direction du flux de gaz d’échappement apte à traverser l’enceinte et un évaporateur d’un circuit frigorifique, au moins une partie dudit évaporateur étant logée à l’intérieur dudit tube, le reste du circuit frigorifique étant disposé à l’extérieur de l’enceinte. L'invention a encore pour objet un engin roulant du type comprenant un moteur thermique équipé d'un circuit d'admission d'air frais et disposé sur le parcours des gaz d’échappement, en aval du collecteur de gaz d’échappement du moteur thermique, un dispositif d'extraction de particules solides des gaz d'échappement du moteur thermique, caractérisé en ce que le dispositif d'extraction est conforme à celui décrit ci-dessus.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 représente un synoptique d'un dispositif d'extraction des particules solides conforme à l'invention à l'état raccordé à un moteur thermique ;
La figure 2 représente un synoptique d'une variante d'un dispositif d'extraction des particules solides conforme à l'invention à l'état raccordé à un moteur thermique.
DESCRIPTION DETAILLEE
Le dispositif 1 d'extraction, objet de l'invention, est plus particulièrement destiné à équiper des véhicules lourds, tels que des voitures, des camions, des autobus, en particulier des véhicules diesel. Toutefois, d'autres applications, telles que les moteurs de groupe électrogène, de machines ou autres sont également possibles.
Ce dispositif d'extraction de particules solides des gaz d'échappement est placé sur le parcours des gaz d'échappement en aval du collecteur 31 de gaz d'échappement du moteur. En effet, dans une ligne d'échappement classique, il est prévu, en aval du moteur 30 thermique, un collecteur 31 de gaz d'échappement du moteur puis généralement un pot de détente, un silencieux, l'ensemble formant la ligne d'échappement. Le dispositif 1, objet de l'invention, peut donc venir en substitution de dispositifs classiques, tels que pot de détente et silencieux, ou en complément de ces éléments.
Les gaz pollués arrivent donc en 22 à l'intérieur du dispositif 1 et sont réinjectés en entrée du moteur via le circuit 32 d'admission d'air frais du moteur 30 thermique.
Pour permettre le traitement des particules solides des gaz et, en particulier, leur extraction de la veine gazeuse, ce dispositif comprend une chambre de centrifugation 5 équipée d'un rotor 6 et d'un collecteur 7 de particules. Cette chambre de centrifugation peut, à titre d'exemple, être conforme à celle décrite dans le brevet allemand DE-A-3.511.043. En effet, cette chambré de centrifugation 5 peut comporter, répartis en périphérie du rotor 6, des éléments stationnaires de collecte des particules. Ces éléments stationnaires de collecte affectent sensiblement la forme de chambres tubulaires fendues et communiquent avec un collecteur 7 des particules monté amovible sous la chambre de centrifugation 5. Ce collecteur 7 peut encore être appelé cendrier. Le montage amovible de ce cendrier 7 sur le reste de la chambre de centrifugation 5 facilite le nettoyage du dispositif.
Le rotor 6 de la chambre de centrifugation 5, de conception également classique, est quant à lui couplé par l'intermédiaire de son axe de rotation à une turbine 2 disposée, sur le parcours des gaz d'échappement, en amont de la chambre de centrifugation 5. Cet axe de rotation de la turbine 2 et du rotor 6 peut être formé par un axe unique ou deux axes couplés mécaniquement pour être solidaires en déplacement.
La turbine 2 est actionnée en rotation par la pression du flux gazeux émanant du collecteur de gaz du moteur thermique. Cet entraînement en rotation de, la turbine provoque un entraînement en rotation du rotor 6 de la chambre de centrifugation 5 et, la fonction de séparation des particules dans ladite chambre de centrifugation &. -La chambre de centrifugation 5 est donc opérationnelle y compris en phase de démarrage du motéur. Du fait de ce couplage, la turbine 2 est généralement disposée au-dessus de la chambre de centrifugation, comme le montrent les figures. » ·. .
Les températures de gaz, au niveau de la turbine 2 et au niveau du rotor 6, sont différentes, ces températures étant plus élevées au niveau de la turbine 2. Pour la raison mentionnée ci-dessus, la turbine 2 et la chambre de centrifugation 5 sont isolées thermiquement pour empêcher une conduction thermique entre turbine et rotor. A titre d'exemple, la turbine 2 est constituée d'une roue montée sur l'axe, cette roue étant disposée à l'intérieur d'un caisson 3 comportant une entrée raccordée à la conduite des gaz d'échappement sortant du collecteur 31 de gaz du moteur 30 thermique et une sortie. L'entrée 22 de ce caisson 3 est représentée à la figure 1. Une fois les gaz arrivés dans le caisson 3 contenant la turbine 2, ces gaz ne sont pas directement amenés à la chambre de centrifugation 5 car la vitesse du rotor 6 serait insuffisante pour un traitement efficace. En effet, le dispositif comporte, entre la turbine 2 et la chambre de centrifugation 5, au moins une chambre 4 à un ou plusieurs étages formant zone tampon pour réguler le débit de flux gazeux entrant dans la chambre de centrifugation 5. Cette chambre 4 formant zone tampon peut présenter un grand nombre de formes de réalisation.
Pour parfaire la circulation des gaz entre lesdits éléments constituant le dispositif, il est prévu, sur la conduite reliant la turbine 2 à la chambre 4 formant zone tampon, un clapet anti-retour non représenté. Ce clapet antiretour permet notamment, après arrêt du moteur, la poursuite du traitement des gaz par la chambre de centrifugation sans reflux de ce gaz à l'intérieur de la turbine. Dans ce cas, la turbine, qui était jusqu'à présent motrice ou maître, devient esclave par rapport au rotor de la chambre de centrifugation.
Il peut également être prévu, sur la conduite reliant la chambre formant zone tampon, à l'entrée de la chambre de centrifugation 5, un dispositif pour accélérer la vitesse de la veine gazeuse en direction de la chambre de centrifugation. Ce dispositif peut être constitué par un venturi.
Le dispositif 1 comprend encore, en aval de la chambre 5 de centrifugation, un circuit 8 de retour des gaz d'échappement raccordable au circuit 32 d'admission d'air frais du moteur 30 thermique.
Dans l'exemple représenté, le circuit 32 d'admission d'air frais du moteur 30 thermique comprend un filtre à air alimenté en air frais. Le circuit 8 de retour est également raccordé à ce filtre à air. L'air frais et les gaz du circuit de retour se mélangent pour former le flux de gaz alimentant le moteur 30 thermique. Ce circuit 8 de retour est équipé de moyens 9 de refroidissement encore appelés refroidisseur.
Dans l'exemple représenté, une portion du circuit 8 de retour est une portion élargie formant une enceinte 10 à l'intérieur de laquelle les moyens 9 de refroidissement sont au moins partiellement logés.
Dans l'exemple représenté, les moyens 9 de refroidissement comprennent un tube 19 d’axe longitudinal s’étendant transversalement à la direction du flux de gaz d’échappement apte à traverser l’enceinte 10 et un évaporateur 20 d’un circuit 21 frigorifique. Au moins une partie dudit évaporateur 20 est logée à l’intérieur dudit tube 19, le reste du circuit 21 frigorifique (non représenté) est disposé à l’extérieur de l’enceinte 10. L'évaporateur peut être un évaporateur d'un appareil de climatisation rapporté ou celui du circuit de climatisation équipant le véhicule. Le reste du circuit frigorifique comprend, de manière classique, un compresseur, un condenseur et un détendeur. A l'aide de ces moyens de refroidissement, les gaz qui entrent dans l'enceinte 10 à une température voisine de 60 à 80 °C sont refroidis à une température voisine de 10 à 20 °C. Une partie de ces gaz se condensent donc sous l'effet du refroidissement. L'enceinte 10 est, par ailleurs, préremplie d'une solution 11 aqueuse. L'enceinte 10 présente ainsi un niveau 12 de remplissage maximal et le circuit 8 de retour est, côté aval de l'enceinte 10, en communication avec l'enceinte 10 au niveau d'une zone de l'enceinte 10 disposée au-dessus du niveau d'eau maximal de l'enceinte. L'enceinte 10 comprend donc, pour éviter un trop plein de l'enceinte et son débordement résultant de la présence de condensais, une sortie 13 débouchant dans l'environnement via une unité 14 de traitement chimique apte au moins à neutraliser par basification ladite solution aqueuse.
Cette sortie 13 supplémentaire permet à au moins une partie des condensais d'être évacués hors de l'enceinte 10. La présence de l'unité 14 de traitement chimique permet d'éviter le rejet de condensats trop acides dans l'environnement. Il est également possible de prévoir sur cette unité 14 de traitement chimique des moyens 15 de raccordement au circuit 32 d'admission d'air frais du moteur 30 thermique comme illustré à la figure 2.
La sortie 13 de l’enceinte 10 débouchant dans l’environnement est une sortie obturable à l’aide d’un organe 16 d’obturation à actionnement manuel ou automatique. Cet organe 16 d'obturation peut être disposé en amont ou en aval de l'unité 14 de traitement chimique.
Ainsi, le dispositif 1 comprend un capteur 17 de niveau de l'enceinte 10 disposé à l'intérieur de l'enceinte 10 et/ou un capteur 18 de données représentatives de l'arrêt du moteur 30 thermique, et l’organe 16 d’obturation est un organe d’obturation à actionnement automatique en ouverture/ fermeture en fonction des données fournies par le capteur 17 de niveau et/ou le capteur 18 d’arrêt du moteur 30 thermique.
Par exemple, et comme illustré à la figure 1 où l'organe 16 d'obturation est en amont de l'unité de traitement chimique 14, lorsque l'arrêt du moteur est détecté, l'organe 16 d'obturation, tel qu'une électrovanne, peut être ouvert pour permettre une vidange partielle de l'enceinte 10 et le retour du niveau de l'enceinte à un niveau généralement légèrement au-dessus du niveau de préremplissage de l'enceinte car la sortie 13 de l’enceinte 10 débouchant dans l’environnement est disposée au-dessus du niveau de pré-remplissage de l’enceinte 10 en solution 11 aqueuse. L'unité 14 de traitement alimentée en condensais peut comprendre une chambre éventuellement pourvue de filtres à l'intérieur de laquelle sont introduits des réactifs chimiques aptes à permettre une élévation du pH.
Dans l'exemple représenté à la figure 2, l'unité 14 de traitement est équipée en sortie d'un organe 16 d'obturation. L'organe 16 d'obturation est donc disposé en aval de l'unité de traitement chimique 14. A nouveau, lorsque l'arrêt du moteur est détecté, l'organe 16 d'obturation, tel qu'une électrovanne, peut être ouvert pour permettre une vidange partielle de l'enceinte 10 et de l'unité de traitement chimique associée et le retour du niveau de l'enceinte par exemple au niveau de préremplissage de l'enceinte selon le positionnement de la sortie 13 de l'enceinte 10 débouchant dans l'environnement via l'unité de traitement chimique 14.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif (1) d’extraction des particules solides des gaz d’échappement de moteur (30) thermique équipé d’un circuit (32) d’admission d’air frais, ce dispositif (1), disposé sur le parcours des gaz d’échappement, en. aval du collecteur (31) de gaz d’échappement du moteur (30) thermique, comprenant, pris dans le sens de circulation des gaz, une turbine (2) apte à être actionnée en rotation par la pression du flux de gaz d’échappement émanant du collecteur (31) de gaz d’échappement du moteur (30) thermique, au moins une chambre (4) formant zone tampon pour réguler le débit du flux de gaz d’échappement et au moins une chambre (5) de centrifugation équipée d’un rotor (6) et d’un collecteur (7) de particules, le rotor (6) de la chambre (5) de centrifugation étant couplé à l’axe de la turbine (2) disposée en amont de la chambre (5) de centrifugation et de la chambre (4) formant zone tampon, pour provoquer un entrainement en rotation du rotor (6) de la chambre (5) de centrifugation et la fonction de séparation des particules du flux de gaz d'échappement dans ladite chambre (5) de centrifugation, caractérisé en ce que le dispositif (1) comprend, en aval de la chambre (5) de centrifugation, un circuit (8) dit de retour des gaz d’échappement raccordable au circuit (32) d’admission d’air frais du moteur (30) thermique, ce circuit (8) de retour étant équipé de moyens (9) de refroidissement.
  2. 2. Dispositif (1) d'extraction selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’au moins une portion du circuit (8) de retour est une portion élargie formant une enceinte (10) à l’intérieur de laquelle les moyens (9) de refroidissement sont au moins partiellement logés.
  3. 3. Dispositif (1) d'extraction selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite enceinte (10) est pré-remplie d’une solution (11) aqueuse.
  4. 4. Dispositif (1) d'extraction selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite enceinte (10) présente un niveau (12) de remplissage maximal, et en ce que le circuit (8) de retour est, côté aval de l’enceintë (10), en communication avec l’enceinte (10) au niveau d’une zone de l’enceinte (10) disposée au-dessus du niveau d’eau maximal de l’enceinte (10).
  5. 5. Dispositif (1) d'extraction selon l’une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l’enceinte (10) comprend, pour éviter un trop-plein de l’enceinte (10), une sortie (13) débouchant dans l’environnement de préférence via une unité (14) de traitement chimique apte au moins à neutraliser par basification ladite solution (11) aqueuse.
  6. 6. Dispositif (1) d'extraction selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’unité (14) de traitement chimique comprend des moyens (15) de raccordement au circuit (32) d’admission d’air frais du moteur (30) thermique.
  7. 7. Dispositif (1) d'extraction selon l’une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la sortie (13) de l’enceinte (10) débouchant dans l’environnement est une sortie obturable à l’aide d’un organe (16) d’obturation à actionnement manuel ou automatique.
  8. 8. Dispositif (1) d'extraction selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif (1) comprend un capteur (17) de niveau de l'enceinte (10) disposé à l’intérieur de l’enceinte (10) et/ou un capteur (18) de données représentatives de l’arrêt du moteur (30) thermique, et en ce que l’organe (16) d’obturation est un organe d’obturation à actionnement automatique en ouverture/ fermeture en fonction des données fournies par le capteur (17) de niveau et/ou le capteur (18) d’arrêt du moteur (30) thermique.
  9. 9. Dispositif (1) d’extraction selon l’une des revendications 5 à 8, prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que la sortie (13) de l’enceinte (10) débouchant dans l’environnement est disposée au-dessus du niveau de pré-remplissage de l’enceinte (10) en solution (11) aqueuse.
  10. 10. Dispositif (1) d'extraction selon l’une des revendications précédentes, prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (9) de refroidissement comprennent un tube (19) d’axe longitudinal s’étendant transversalement à la direction du flux de gaz d’échappement apte à traverser l’enceinte (10) et un évaporateur (20) d’un circuit (21) frigorifique, au moins une partie dudit évaporateur (20) étant logée à l’intérieur dudit tube (19), le reste du circuit (21) frigorifique étant disposé à l’extérieur de l’enceinte (10).
  11. 11. Engin roulant du type comprenant un moteur (30) thermique équipé d'un circuit (32) d'admission d'air frais et disposé sur le parcours des gaz d’échappement, en aval du collecteur (31) de gaz d’échappement du moteur (30) thermique, un dispositif d'extraction de particules solides des gaz d'échappement du moteur thermique, caractérisé en ce que le dispositif (1) d'extraction est conforme à l'une des revendications 1 à 10.
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