FR2749771A1 - Device for axially fixing a filter in its casing - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne le domaine des filtres monolithiques en matériau fritté équipant les épurateurs de gaz d'échappement, et plus particulièrement un dispositif de fixation d'un ou plusieurs filtres monolithiques dans une enveloppe tubulaire associée faisant partie d'un tel épurateur de gaz d'échappement. The present invention relates to the field of monolithic filters made of sintered material fitted to exhaust gas purifiers, and more particularly a device for fixing one or more monolithic filters in an associated tubular casing forming part of such a gas purifier. 'exhaust.
Les épurateurs concernés peuvent être associés à un moteur diesel, auquel cas il s'agit de filtres constituant des pièges à particules, ou associés à des moteurs quelconques à combustion interne, comme c'est le cas pour les pots catalytiques de véhicules automobiles. Dans le cas de filtres associés à des moteurs diesel, qui équipent soit des véhicules automobiles, soit des installations fixes telles que des groupes électrogènes de secours d'immeuble, les filtres monolithiques utilisés sont réalisés sous la forme de corps creux de forme générale cylindrique, présentant intérieurement un réseau de canaux axiaux. Un canal axial sur deux est obturé au niveau de la face d'entrée du filtre, l'autre moitié des canaux est obturée du côté de la face de sortie dudit filtre. Les gaz d'échappement traversent ainsi les parois délimitant les canaux axiaux avant de sortir du filtre pour la face de sortie. De tels filtres sont réalisés en matériau fritté, en général en céramique, mais parfois aussi en verre fritté ou en métal fritté, et dans tous les cas ce matériau est relativement vulnérable aux chocs auxquels il peut être soumis. The purifiers concerned can be associated with a diesel engine, in which case they are filters constituting particle traps, or associated with any internal combustion engines, as is the case for catalytic converters of motor vehicles. In the case of filters associated with diesel engines, which are fitted to either motor vehicles or fixed installations such as building emergency generator sets, the monolithic filters used are produced in the form of hollow bodies of generally cylindrical shape, internally having a network of axial channels. One in two axial channels is closed at the inlet face of the filter, the other half of the channels is closed on the side of the outlet face of said filter. The exhaust gases thus pass through the walls delimiting the axial channels before leaving the filter for the outlet face. Such filters are made of sintered material, generally ceramic, but sometimes also of sintered glass or sintered metal, and in all cases this material is relatively vulnerable to the shocks to which it may be subjected.
Les filtres monolithiques sont en général maintenus axialement par un moyen associé en appui contre une bride solidaire de l'enveloppe tubulaire qui les contient, la face d'appui concernée étant en général la face de sortie du filtre, tandis que la face d'entrée est sollicitée par des entretoises d'écartement exerçant un effort axial d'appui contre une couronne périphérique de cette face d'entrée du filtre. Monolithic filters are generally held axially by associated means bearing against a flange secured to the tubular casing which contains them, the bearing face concerned being generally the outlet face of the filter, while the inlet face is requested by spacers spacing exerting an axial force of support against a peripheral ring of this inlet face of the filter.
Le maintien du ou des filtres monolithiques dans l'enveloppe tubulaire associée est en général assuré par deux moyens séparés : le maintien radial est assuré par insertion d'un manchon souple en tricot passant entre la surface extérieure du filtre et la surface intérieure de l'enveloppe tubulaire associée, afin d'absorber les variations dimensionnelles, le maintien axial étant quant à lui assuré par un simple blocage d'appui au moyen des entretoises d'écartement. Dans le cas de deux filtres montés coaxialement en opposition, on utilise une entretoise d'écartement réalisée sous la forme d'un cylindre présentant latéralement une fenêtre pour permettre l'entrée des gaz d'échappement à filtrer, et aux deux extrémités de ce cylindre une couronne d'appui métallique qui exerce l'effort d'appui contre une couronne périphérique au niveau de la face d'entrée de chaque filtre, en général par l'intermédiaire d'un joint en carton ou en céramique. Maintaining the monolithic filter (s) in the associated tubular casing is generally ensured by two separate means: the radial retention is ensured by inserting a flexible knitted sleeve passing between the exterior surface of the filter and the interior surface of the associated tubular casing, in order to absorb dimensional variations, the axial maintenance being provided by a simple support blocking by means of spacers. In the case of two filters mounted coaxially in opposition, a spacer is used made in the form of a cylinder having a window laterally to allow the entry of the exhaust gases to be filtered, and at both ends of this cylinder a metal support ring which exerts the support force against a peripheral ring at the inlet face of each filter, generally by means of a cardboard or ceramic seal.
On se heurte alors à une difficulté qui est d'autant plus importante que les températures concernées sont élevées. En effet, le filtre monolithique ne se déforme pratiquement pas dans la direction axiale lors d'une élévation de température, alors que l'enveloppe tubulaire associée s'allonge d'une longueur qui peut atteindre quelques millimètres lorsqu'on atteint des différences de températures de 5000C (ce qui est couramment rencontré dans le cas de gros moteurs diesel). We then come up against a difficulty which is all the more important as the temperatures concerned are high. In fact, the monolithic filter practically does not deform in the axial direction during a rise in temperature, while the associated tubular casing lengthens by a length which can reach a few millimeters when temperature differences are reached. 5000C (which is commonly encountered in the case of large diesel engines).
Ces dilatations différentielles ont des conséquences graves pour les filtres monolithiques en matériau fritté. These differential expansions have serious consequences for monolithic filters made of sintered material.
Tout d'abord, le jeu axial résultant des différences de dilatation rend possible un déplacement axial du filtre qui peut alors taper soit contre la bride d'appui au niveau de la face de sortie, soit contre la couronne de l'entretoise au niveau de la face d'entrée. Ces chocs induisent une érosion qui devient de plus en plus importante au fur et à mesure que le matériau se fend ou se casse, ce qui peut aller jusqu'à la destruction totale du corps du filtre monolithique. On a pu ainsi constater que le tricot servant à absorber les variations dimensionnelles dans une direction radiale, non seulement ne permet pas d'éviter les déplacements axiaux du filtre, et aussi se dégrade lui-même progressivement par cisaillement permanent lors de tels déplacements axiaux. Ainsi, le filtre est de moins en moins bien retenu dans son enveloppe, et peut ainsi taper contre la paroi intérieure de celle-ci sous l'effet des vibrations. Cet inconvénient est d'autant plus marqué que les moteurs diesel concernés sont gros, car on peut trouver des différences de pression importantes en fonction de la charge et du régime du moteur, occasionnant des coups de bélier extrêmement néfastes par les chocs brutaux et violents qu'ils créent. First of all, the axial clearance resulting from the differences in expansion makes it possible to move the filter axially, which can then tap either against the support flange at the outlet face, or against the crown of the spacer at the level of the entrance face. These shocks induce an erosion which becomes more and more important as the material splits or breaks, which can go as far as the total destruction of the body of the monolithic filter. It has thus been found that the knitted fabric used to absorb the dimensional variations in a radial direction, not only does not make it possible to avoid the axial displacements of the filter, and also degrades itself gradually by permanent shearing during such axial displacements. Thus, the filter is less and less well retained in its envelope, and can thus tap against the inner wall thereof under the effect of vibrations. This drawback is all the more marked when the diesel engines concerned are large, since it is possible to find significant pressure differences as a function of the load and of the engine speed, causing water hammer extremely harmful by brutal and violent shocks that 'they create.
Un autre inconvénient se rencontre en début d'usure de la couronne périphérique de la face d'entrée des filtres, qui est l'absence de maintien fiable du cylindre entretoise du fait de l'appui devenant plus faible, lequel cylindre entretoise peut alors tourner autour de son axe, et par suite modifier la position de la fenêtre latérale d'entrée, ce qui a pour effet de charger trop fortement certains canaux du filtre en fonction de la position angulaire du cylindre entretoise, et par suite de générer des gradients de température élevés dans le filtre monolithique. Another drawback is encountered at the start of wear of the peripheral ring of the inlet face of the filters, which is the lack of reliable maintenance of the spacer cylinder due to the support becoming weaker, which spacer cylinder can then rotate. around its axis, and consequently modify the position of the lateral input window, which has the effect of loading too strongly certain channels of the filter according to the angular position of the spacer cylinder, and consequently of generating gradients of high temperatures in the monolithic filter.
Dans le cas de pots catalytiques, on utilise des filtre monolithiques en matériau fritté du même type, si ce n'est que les canaux axiaux ne présentent pas d'obturation en quinconce au niveau des faces d'entrée et de sortie. In the case of catalytic converters, monolithic filters of sintered material of the same type are used, except that the axial channels do not have staggered plugging at the inlet and outlet faces.
Cependant, le problème du maintien axial des filtres se pose exactement de la même façon que pour les filtres constituant des pièges à particules.However, the problem of axial retention of the filters is posed in exactly the same way as for filters constituting particle traps.
L'invention a pour but de concevoir un dispositif de fixation plus performant que les dispositifs précités, permettant de régler le problème des déplacements axiaux néfastes du ou des filtres monolithiques utilisés, ce qui permet de préserver leur intégrité. The object of the invention is to design a fixing device that is more efficient than the aforementioned devices, making it possible to resolve the problem of the harmful axial displacements of the monolithic filter or filters used, which makes it possible to preserve their integrity.
L'invention a également pour but de concevoir un dispositif de fixation permettant d'éviter les inconvénients de flux préférentiels de particules au niveau de la face d'entrée du ou des filtres monolithiques utilisés, ceci plus particulièrement dans le cas où l'épurateur de gaz d'échappement concerné est un piège à particules associé à un moteur diesel. The object of the invention is also to design a fixing device making it possible to avoid the drawbacks of preferential flow of particles at the level of the inlet face of the monolithic filter or filters used, this more particularly in the case where the purifier of exhaust gas concerned is a particle trap associated with a diesel engine.
Ces buts sont atteints conformément à l'invention grâce à un dispositif de fixation d'un ou plusieurs filtres monolithiques en matériau fritté dans une enveloppe tubulaire associée faisant partie d'un épurateur de gaz d'échappement, le ou chaque filtre étant maintenu axialement par un moyen associé en appui contre une bride solidaire de l'enveloppe tubulaire, caractérisé en ce que le moyen de maintien comporte un noyau central à ailettes radiales fixé à l'enveloppe tubulaire par les extrémités terminales de ses ailettes, et une coupelle ressort fixée en son centre au noyau central, ladite coupelle ressort présentant une pluralité de pattes élastiques laissant passer les gaz d'échappement à filtrer, et dont les extrémités libres sont en appui sur une couronne périphérique de la face concernée du filtre. These objects are achieved in accordance with the invention by means of a device for fixing one or more monolithic filters made of sintered material in an associated tubular envelope forming part of an exhaust gas purifier, the or each filter being held axially by an associated means bearing against a flange secured to the tubular casing, characterized in that the holding means comprises a central core with radial fins fixed to the tubular casing by the terminal ends of its fins, and a spring cup fixed at its center at the central core, said spring cup having a plurality of elastic tabs allowing the exhaust gases to be filtered to pass, and whose free ends are in abutment on a peripheral ring of the concerned face of the filter.
Ainsi, le noyau central dont la position axiale est fixe par l'enveloppe tubulaire, constitue un point fixe pour la coupelle ressort qui assure un appui fiable du filtre monolithique concerné contre la bride associée, ce qui permet d'assurer un maintien centré dudit filtre dans son enveloppe tubulaire quelles que soient les déformations axiales de. ladite enveloppe par suite des échauffements, et quelles que soient aussi les différences de pression associées au gaz d'échappement à filtrer. Le ou les filtres monolithiques sont ainsi parfaitement maintenus axialement, ce qui préserve leur intégrité au niveau des couronnes périphériques d'extrémité, et de plus le manchon en tricot classiquement utilisé autour de chaque filtre n'est plus soumis à des efforts de cisaillement, ce qui préserve ses qualités d'amortissement et de protection de la surface latérale de chaque filtre. Thus, the central core, the axial position of which is fixed by the tubular casing, constitutes a fixed point for the spring cup which ensures reliable support of the monolithic filter concerned against the associated flange, which makes it possible to ensure a centered maintenance of said filter. in its tubular envelope whatever the axial deformations of. said envelope as a result of overheating, and regardless of the pressure differences associated with the exhaust gas to be filtered. The monolithic filter or filters are thus perfectly maintained axially, which preserves their integrity at the level of the peripheral end rings, and moreover the knitted sleeve conventionally used around each filter is no longer subjected to shearing forces, this which preserves its damping and protection qualities of the lateral surface of each filter.
De préférence, la coupelle ressort présente une portion centrale en forme de disque, au-delà de laquelle s'étendent radialement les pattes élastiques qui sont agencées en forme de Y de façon à présenter chacune deux extrémités d'appui. L'agencement en forme de Y permet ainsi d'avoir une répartition de la force d'appui exercée sur la couronne périphérique de la face d'entrée du filtre au niveau d'une pluralité de points bien répartis, par exemple une douzaine de points. De préférence alors, les extrémités libres des pattes de la coupelle ressort présentent chacune un bord terminal relevé. Ce relèvement terminal permet de limiter le frottement dans une direction radiale sans modifier sensiblement les caractéristiques de raideur de la coupelle ressort. Preferably, the spring cup has a central portion in the form of a disc, beyond which extend the elastic tabs which are arranged in a Y shape so as to each have two support ends. The Y-shaped arrangement thus makes it possible to have a distribution of the pressing force exerted on the peripheral ring of the inlet face of the filter at a plurality of well distributed points, for example a dozen points . Preferably then, the free ends of the tabs of the spring cup each have a raised end edge. This terminal raising makes it possible to limit the friction in a radial direction without appreciably modifying the stiffness characteristics of the spring cup.
De préférence, une rondelle de protection sera interposée entre les extrémités libres des pattes de la coupelle ressort et la couronne périphérique du filtre. Preferably, a protective washer will be interposed between the free ends of the tabs of the spring cup and the peripheral ring of the filter.
Ceci permet d'éviter un contact trop dur au niveau des points d'appui associés aux extrémités libres des pattes de la coupelle ressort.This avoids too hard contact at the support points associated with the free ends of the tabs of the spring cup.
Il sera avantageusement prévu de réaliser la coupelle ressort un matériau dont la raideur est déterminée de telle façon que l'effort d'appui exercé par ses pattes élastiques soit constant sur la plage de températures concernée. Une plage typique pourra par exemple aller de 200C à +6500C. Advantageously, provision will be made to produce the spring cup a material whose stiffness is determined so that the bearing force exerted by its elastic tabs is constant over the temperature range concerned. A typical range could for example go from 200C to + 6500C.
Avantageusement encore, le noyau central est agencé sous la forme d'un profilé creux de section polygonale, par exemple carrée, et présente une ailette radiale sur chacune de ses facettes extérieures. Ceci confère une rigidité propre très satisfaisante à l'ensemble unitaire constitué par le noyau creux et ses ailettes radiales. Advantageously also, the central core is arranged in the form of a hollow profile of polygonal section, for example square, and has a radial fin on each of its external facets. This gives a very satisfactory inherent rigidity to the unitary assembly formed by the hollow core and its radial fins.
Conformément à un mode d'exécution particulier, les ailettes radiales du noyau central présentent un profil aérodynamique leur permettant d'assurer une fonction supplémentaire de déflecteur. Plus précisément, chaque ailette radiale pourra avoir la forme d'un dièdre avec une portion amont inclinée par rapport à l'axe du noyau central et une portion aval droite contenue dans un plan radial. In accordance with a particular embodiment, the radial fins of the central core have an aerodynamic profile allowing them to provide an additional function of deflector. More specifically, each radial fin may have the shape of a dihedral with an upstream portion inclined relative to the axis of the central core and a straight downstream portion contained in a radial plane.
Cette fonction supplémentaire sera tout particulièrement intéressante dans le cas où les filtres monolithiques doivent constituer des pièges à particules, car, en supprimant tout flux préférentiel, on élimine les risques de déséquilibre dans le fonctionnement du filtre, et on rend plus fiable le processus de régénération habituellement prévu pour de tels filtres, la régénération se déclenchant par exemple dès que la température dépasse 300 C. L'action des ailettes constituant des déflecteurs permet ainsi de supprimer la dépendance au regard de la vitesse et de la pression des gaz d'échappement à l'entrée, vitesse et pression qui sont naturellement fonction du régime moteur. On réalise ainsi une arrivée tangentielle avec un tourbillon qui permet de répartir de façon optimale les particules sur la face d'entrée de chaque filtre, le flux de particules venant lécher la paroi d'entrée du filtre, et pénétrant dans les canaux avec un débit contrôlé et régulier.This additional function will be particularly advantageous in the case where the monolithic filters must constitute particle traps, because, by eliminating any preferential flow, the risks of imbalance in the functioning of the filter are eliminated, and the regeneration process is made more reliable. usually provided for such filters, regeneration being triggered for example as soon as the temperature exceeds 300 C. The action of the fins constituting the deflectors thus makes it possible to eliminate the dependence on the speed and pressure of the exhaust gases at the input, speed and pressure which are naturally a function of the engine speed. A tangential inlet is thus produced with a vortex which optimally distributes the particles on the inlet face of each filter, the flow of particles licking the inlet wall of the filter, and entering the channels with a flow controlled and regular.
Dans le cas particulier d'un épurateur équipé de plusieurs filtres agencés coaxialement, le dispositif de l'invention sera de préférence agencé entre deux filtres adjacents pour assurer l'appui de ceux-ci contre leur bride associé, et présentera un noyau central commun équipé d'une coupelle ressort à chacune de ses deux extrémités axiales. In the particular case of a purifier equipped with several filters arranged coaxially, the device of the invention will preferably be arranged between two adjacent filters to ensure the support of these against their associated flange, and will have a common central core equipped a cup spring at each of its two axial ends.
Ceci permet de simplifier considérablement la structure de l'épurateur, et d'éviter toute augmentation excessive de son encombrement en longueur. En particulier, le dispositif de fixation sera disposé au niveau d'une ou des ouvertures d'entrée des gaz d'échappement dans l'épurateur. Dans ce cas, le flux d'entrée se subdivise ainsi de façon régulière et satisfaisante pour pénétrer dans chacun des deux filtres monolithiques montés en opposition.This makes it possible to considerably simplify the structure of the purifier, and to avoid any excessive increase in its overall length. In particular, the fixing device will be arranged at one or more openings for the entry of exhaust gases into the purifier. In this case, the input stream is subdivided regularly and satisfactorily to penetrate into each of the two monolithic filters mounted in opposition.
En variante, pour un épurateur équipé de plusieurs filtres agencés en parallèle, le dispositif de fixation selon l'invention sera avantageusement agencé dans un plan d'entrée commun délimitant une chambre d'alimentation de l'épurateur. Alternatively, for a purifier equipped with several filters arranged in parallel, the fixing device according to the invention will advantageously be arranged in a common inlet plane delimiting a supply chamber for the purifier.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et des dessins annexés, concernant un mode de réalisation particulier, en référence aux figures des dessins où
- la figure 1 illustre en coupe axiale un épurateur de gaz d'échappement équipé d'un filtre monolithique unique qui est fixé grâce à un dispositif selon l'invention;
- la figure 2 est une vue partielle illustrant à plus grande échelle le dispositif de fixation précité, avec une variante pour la fixation prévue aux extrémités terminales des ailettes;
- la figure 3 est une vue en bout de la figure 2, permettant notamment de mieux distinguer l'agencement de la coupelle ressort, dont les pattes élastiques sont en forme de Y;
- la figure 4 illustre un autre type d'épurateur de gaz d'échappement, équipé de quatre filtres agencés coaxialement, avec deux dispositifs de fixation selon l'invention associés chacun à une paire de filtres montés en opposition;
- la figure 5 illustre en coupe, à une échelle agrandie, la zone de l'épurateur précité associée à l'une des deux entrées des gaz d'échappement à filtrer, permettant ainsi de mieux distinguer l'un des deux dispositifs de fixation associés à une paire de filtres monolithiques;
- la figure 6 illustre encore un autre type d'épurateur équipé de filtres agencés en parallèle, chaque filtre étant individuellement fixé grâce à un dispositif du type précité.Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly in the light of the description which follows and of the appended drawings, relating to a particular embodiment, with reference to the figures of the drawings where
- Figure 1 illustrates in axial section an exhaust gas purifier equipped with a single monolithic filter which is fixed using a device according to the invention;
- Figure 2 is a partial view illustrating on a larger scale the above-mentioned fixing device, with a variant for the fixing provided at the terminal ends of the fins;
- Figure 3 is an end view of Figure 2, in particular to better distinguish the arrangement of the spring cup, the elastic tabs are Y-shaped;
- Figure 4 illustrates another type of exhaust gas purifier, equipped with four filters arranged coaxially, with two fixing devices according to the invention each associated with a pair of filters mounted in opposition;
- Figure 5 illustrates in section, on an enlarged scale, the area of the aforementioned purifier associated with one of the two inlets of the exhaust gases to be filtered, thus making it possible to better distinguish one of the two associated fixing devices a pair of monolithic filters;
- Figure 6 illustrates yet another type of purifier equipped with filters arranged in parallel, each filter being individually fixed using a device of the aforementioned type.
La figure 1 illustre un épurateur El de gaz d'échappement, équipé d'un filtre 10, ici unique et formant piège à particules. L'épurateur El comporte une enceinte 1, équipée d'une entrée 2 et d'une sortie 3 associées au gaz d'échappement. Les gaz à filtrer pénètrent selon la flèche 200 par l'entrée 2, et arrivent dans une chambre d'entrée 4. L'enceinte 1 contient ici une enveloppe tubulaire ou virole 5, de forme cylindrique, dont l'axe X coïncide avec celui de l'enceinte 1, enveloppe servant à loger le filtre monolithique 10. Conformément à une technique classique, il est prévu un manchon 11 d'amortissement, par exemple en tricot de matière synthétique, entre la face latérale extérieure du filtre 10 et la surface latérale intérieure de l'enveloppe tubulaire 5. Il est en outre prévu, du côté de la face de sortie du filtre monolithique 10, une bride d'appui 6 présentant une ouverture centrale 7 correspondant au débouché des canaux axiaux (non représentés ici) du filtre monolithique qui est réalisé en matériau fritté, en particulier en céramique. La face de sortie du filtre monolithique 10 est ainsi en appui, par une couronne périphérique notée 10.2, contre la bride 6, de préférence par l'intermédiaire d'une rondelle de protection notée 8, qui peut être en carton ou en céramique. Les gaz d'échappement filtrés sortent ainsi du filtre monolithique 10 comme schématisé par la flèche 201 en arrivant dans une chambre de sortie 12 de l'enceinte 1, vers la sortie 3 des gaz filtrés. FIG. 1 illustrates an El gas purifier El, equipped with a filter 10, here unique and forming a particle trap. The purifier El comprises an enclosure 1, equipped with an inlet 2 and an outlet 3 associated with the exhaust gas. The gases to be filtered penetrate along arrow 200 through inlet 2, and arrive in an inlet chamber 4. The enclosure 1 here contains a tubular envelope or ferrule 5, of cylindrical shape, the axis X of which coincides with that of enclosure 1, envelope serving to house the monolithic filter 10. In accordance with a conventional technique, a damping sleeve 11 is provided, for example made of knitted synthetic material, between the external lateral face of the filter 10 and the surface inner side of the tubular casing 5. There is further provided, on the side of the outlet face of the monolithic filter 10, a support flange 6 having a central opening 7 corresponding to the outlet of the axial channels (not shown here) of the monolithic filter which is made of sintered material, in particular ceramic. The outlet face of the monolithic filter 10 is thus in abutment, by a peripheral crown denoted 10.2, against the flange 6, preferably by means of a protective washer denoted 8, which can be made of cardboard or ceramic. The filtered exhaust gases thus exit from the monolithic filter 10 as shown diagrammatically by the arrow 201, arriving in an outlet chamber 12 of the enclosure 1, towards the outlet 3 of the filtered gases.
Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, il est prévu un moyen particulier servant à maintenir axialement le filtre 10 en appui contre sa bride 6 qui est ici solidaire de l'enveloppe tubulaire 5 (ou en variante de l'enceinte 1 elle-même si cette enveloppe 5 n'est pas prévue) . Ce moyen de maintien, noté 100, comporte un noyau central 110 à ailettes radiales 116, lesdites ailettes servant à la fixation rigide du noyau central 110 de telle façon que ce noyau soit calé sur l'axe X, et constitue un point fixe selon cet axe X. Les extrémités terminales notées 117 des ailettes radiales 116 assurent la fixation du moyen de maintien 100. Sur la figure 1, cette fixation est assurée par soudure sur la surface interne de l'enceinte 1, laquelle soudure pourrait d'ailleurs aussi bien être prévue sur l'enveloppe tubulaire 5 qui est ici disjointe de la paroi en regard de l'enceinte. Le moyen de maintien 100 comporte en outre une coupelle ressort 120, qui est fixée en son centre au noyau central 110, ladite coupelle ressort présentant une pluralité de pattes élastiques 122 laissant passer les gaz d'échappement à filtrer, et dont les extrémités libres notées 123 sont en appui sur une couronne périphérique notée 10.1 de la face concernée du filtre 10, de préférence par l'intermédiaire d'un joint 9 en carton ou en céramique. In accordance with an essential characteristic of the invention, special means are provided for axially keeping the filter 10 in abutment against its flange 6 which is here integral with the tubular casing 5 (or as a variant of the enclosure 1 itself) even if this envelope 5 is not provided). This holding means, denoted 100, comprises a central core 110 with radial fins 116, said fins being used for rigid fixing of the central core 110 so that this core is wedged on the axis X, and constitutes a fixed point according to this X axis. The terminal ends denoted 117 of the radial fins 116 ensure the fixing of the holding means 100. In FIG. 1, this fixing is ensured by welding on the internal surface of the enclosure 1, which welding could moreover as well be provided on the tubular casing 5 which is here disjoined from the wall opposite the enclosure. The retaining means 100 further comprises a spring cup 120, which is fixed at its center to the central core 110, said spring cup having a plurality of elastic tabs 122 allowing the exhaust gases to be filtered to pass, and whose free ends are noted 123 are supported on a peripheral ring marked 10.1 on the relevant face of the filter 10, preferably by means of a seal 9 made of cardboard or ceramic.
Ainsi que cela a été dit plus haut, le noyau central 110 à ailettes radiales 116 sert de référence fixe selon l'axe X, de sorte que la coupelle ressort 120 peut exercer un appui élastique par ses pattes 122 de façon parfaitement contrôlée. On parvient ainsi à éviter tout choc imprimé au filtre monolithique au niveau de l'une ou l'autre de ses deux couronnes périphériques d'extrémité 10.1, 10.2. As has been said above, the central core 110 with radial fins 116 serves as a fixed reference along the axis X, so that the spring cup 120 can exert an elastic support by its legs 122 in a perfectly controlled manner. One thus succeeds in avoiding any shock imparted to the monolithic filter at the level of one or the other of its two peripheral end rings 10.1, 10.2.
L'agencement du moyen de maintien 100 sera mieux compris en se reportant aussi aux figures 2 et 3. The arrangement of the holding means 100 will be better understood by also referring to FIGS. 2 and 3.
Le noyau central 110 est ici agencé sous la forme d'un profilé creux de section polygonale, en l'espèce de section carrée, et présente une ailette radiale 116 sur chacune de ses facettes extérieures notées 111. Les faces d'extrémité du noyau central 110 sont notées 112 et 113, et la face 113 qui est tournée vers le filtre monolithique 10 sert à la fixation par un moyen 115, qui peut par exemple être un rivet, de la coupelle ressort 120 sur le noyau central 110. La face frontale 112 du noyau 110 sert quant à elle à éviter une concentration inopportune de particules de gaz, le flux gazeux d'entrée devant en effet envelopper le noyau en passant entre les ailettes radiales 116, et entre les pattes élastiques 122 de la coupelle ressort 120. The central core 110 is here arranged in the form of a hollow profile of polygonal section, in this case of square section, and has a radial fin 116 on each of its external facets denoted 111. The end faces of the central core 110 are denoted 112 and 113, and the face 113 which faces the monolithic filter 10 is used for fixing by means 115, which may for example be a rivet, of the spring cup 120 on the central core 110. The front face 112 of the core 110 serves for its part to avoid an inopportune concentration of gas particles, the inlet gas flow having in fact to envelop the core by passing between the radial fins 116, and between the elastic tabs 122 of the spring cup 120.
La figure 3 permet de mieux distinguer la structure particulière de la coupelle ressort 120, qui présente en l'espèce une portion centrale 121 en forme de disque, par laquelle la coupelle ressort 120 est fixée (par le rivet 115) au noyau central 110, portion centrale au-delà de laquelle s'étendent radialement les pattes élastiques 122, ici au nombre de six, qui sont en l'espèce agencées en forme de Y de façon à présenter chacune deux extrémités d'appui notées 123. On obtient ainsi un ensemble de douze points par lesquels la coupelle ressort 120 exerce l'effort d'appui nécessaire au niveau de la couronne périphérique 10.1 du filtre 10, par l'intermédiaire du joint associé 9.FIG. 3 makes it possible to better distinguish the particular structure of the spring cup 120, which in this case has a central portion 121 in the form of a disc, by which the spring cup 120 is fixed (by the rivet 115) to the central core 110, central portion beyond which radially extend the elastic lugs 122, here six in number, which are in this case arranged in a Y shape so as to each have two support ends denoted 123. This gives a set of twelve points by which the spring cup 120 exerts the necessary bearing force at the level of the peripheral ring 10.1 of the filter 10, via the associated seal 9.
On notera en outre sur la figure 2 que les extrémités libres 123 des pattes de la coupelle ressort 120 présentent chacune un bord terminal relevé 124. La présence de ces bords terminaux relevés 124 permet de limiter le frottement exercé par les pattes élastiques 122 contre la surface du joint 9 lors des déformations longitudinales de l'enveloppe 5 à l'encontre de la force de rappel élastique exercée par la coupelle ressort 120. Cette limitation du frottement ne modifie aucunement les caractéristiques de raideur des pattes élastiques de la coupelle ressort 120. La rondelle de protection 9 interposée entre les extrémités libres 123 des pattes de la coupelle ressort 120 et la couronne périphérique 10.1 du filtre 10 protège cette couronne périphérique 10.1 et permet de mieux répartir l'effort d'appui exercé par ces pattes élastiques.It will also be noted in FIG. 2 that the free ends 123 of the legs of the spring cup 120 each have a raised end edge 124. The presence of these raised end edges 124 makes it possible to limit the friction exerted by the elastic legs 122 against the surface of the seal 9 during the longitudinal deformations of the casing 5 against the elastic restoring force exerted by the spring cup 120. This limitation of friction does not in any way modify the stiffness characteristics of the elastic tabs of the spring cup 120. The protective washer 9 interposed between the free ends 123 of the tabs of the spring cup 120 and the peripheral ring 10.1 of the filter 10 protects this peripheral ring 10.1 and makes it possible to better distribute the bearing force exerted by these elastic tabs.
La coupelle ressort 120 sera de préférence réalisée en un matériau dont la raideur est déterminée de telle façon que l'effort d'appui exercé par ses pattes élastiques 122 soit constant sur la plage de températures concernée. On pourra par exemple choisir un acier inoxydable particulier avec des traitements thermiques adéquats pour une plage telle que celle classiquement rencontrée pour les moteurs diesel qui est par exemple de -200C à +6500C. The spring cup 120 will preferably be made of a material whose stiffness is determined so that the bearing force exerted by its elastic tabs 122 is constant over the temperature range concerned. We can for example choose a particular stainless steel with adequate heat treatments for a range such as that conventionally encountered for diesel engines which is for example from -200C to + 6500C.
Le noyau central 110 est ainsi équipé de quatre ailettes radiales 116 dont la fonction première est d'assurer la fixation du noyau central 110 selon l'axe X. The central core 110 is thus equipped with four radial fins 116 whose primary function is to secure the central core 110 along the axis X.
Ainsi que cela a été dit plus haut, la fixation peut être assurée par un soudage aux extrémités 117 des ailettes 116 ou, en variante, comme cela est illustré sur la figure 2, par un boulonnage ou un rivetage contre une bride d'entrée mité 13 solidaire de l'enveloppe 5, avec interposition éventuelle d'un joint 14.As has been said above, the fixing can be ensured by welding the ends 117 of the fins 116 or, as a variant, as illustrated in FIG. 2, by bolting or riveting against a miter input flange 13 secured to the casing 5, with possible interposition of a seal 14.
Conformément à une autre caractéristique intéressante de l'invention, il est possible de prévoir que les ailettes radiales 116 du noyau central 110 assurent une fonction supplémentaire de déflecteur grâce à un profil aérodynamique adapté. En effet, le flux de particules arrivant dans la chambre d'entrée 4 a tendance à se concentrer sur la partie centrale 121 de la coupelle ressort 120, ce qui nuit à une bonne répartition de ces particules sur la face d'entrée du filtre 10. Il est à cet effet prévu un profil aérodynamique particulier pour les ailettes radiales 116, selon lequel chaque ailette a la forme d'un dièdre, avec une portion amont notée 118 qui est inclinée par rapport à l'axe X du noyau central 110, et une portion aval notée 119 qui est droite et contenue dans un plan radial. Les portions inclinées 118 des ailettes radiales 116 agissent comme des déflecteurs, et impriment ainsi un mouvement de tourbillon au flux de particules entrant dans l'enceinte 1. Le tourbillon ainsi obtenu permet non seulement d'éviter une concentration des particules sur la portion centrale 121 de la coupelle ressort 120, mais évite aussi toute répartition irrégulière du flux de particules au niveau de la section d'entrée du filtre 10. Ceci est tout particulièrement intéressant lorsque l'épurateur de gaz d'échappement est un piège à particules, car les particules sont alors réparties aussi régulièrement que possible sur toute la face d'entrée du filtre 10, sans présence de flux préférentiels qui déséquilibreraient le fonctionnement dudit filtre. Ceci est fondamental pour le bon déroulement d'un processus de régénération, selon lequel il est prévu d'accumuler les particules tant que la température reste inférieure reste à 3000C, et d'initier un processus de régénération dès que la température dépasse cette valeur de 3000C. En cas d'accumulation excessive, il y a naturellement un risque d'obturation, et la régénération n'est pas déclenchée même si la température critique est atteinte. L'arrivée tangentielle du flux de particules sur la face d'entrée du filtre 10 est ainsi très favorable dans la mesure où elle oblige les particules à lécher la face d'entrée et à pénétrer progressivement dans les canaux axiaux dudit filtre. According to another advantageous characteristic of the invention, it is possible to provide that the radial fins 116 of the central core 110 provide an additional function of deflector thanks to an adapted aerodynamic profile. Indeed, the flow of particles arriving in the inlet chamber 4 tends to concentrate on the central part 121 of the spring cup 120, which affects good distribution of these particles on the inlet face of the filter 10 A special aerodynamic profile is provided for this purpose for the radial fins 116, according to which each fin has the shape of a dihedral, with an upstream portion denoted 118 which is inclined relative to the axis X of the central core 110, and a downstream portion denoted 119 which is straight and contained in a radial plane. The inclined portions 118 of the radial fins 116 act as deflectors, and thus impart a vortex movement to the flow of particles entering the enclosure 1. The vortex thus obtained not only avoids a concentration of the particles on the central portion 121 of the spring cup 120, but also prevents any irregular distribution of the flow of particles at the level of the inlet section of the filter 10. This is particularly advantageous when the exhaust gas purifier is a particle trap, because the particles are then distributed as regularly as possible over the entire inlet face of the filter 10, without the presence of preferential flows which would unbalance the operation of said filter. This is fundamental for the good progress of a regeneration process, according to which it is planned to accumulate the particles as long as the temperature remains below remains at 3000C, and to initiate a regeneration process as soon as the temperature exceeds this value of 3000C. In case of excessive accumulation, there is naturally a risk of blockage, and regeneration is not triggered even if the critical temperature is reached. The tangential arrival of the particle flow on the inlet face of the filter 10 is thus very favorable insofar as it forces the particles to lick the inlet face and to gradually penetrate into the axial channels of said filter.
Le dispositif de fixation 100 qui vient d'être décrit est bien entendu utilisable pour des épurateurs de gaz d'échappement équipés de plusieurs filtres monolithiques en matériau fritté. Cette possibilité va être maintenant décrite, d'abord en référence aux figures 4 et 5 qui illustrent un épurateur E2 équipé de plusieurs filtres 10 agencés coaxialement, puis en regard de la figure 6 qui illustre un épurateur E3 équipé de plusieurs filtres agencés en parallèle. The fixing device 100 which has just been described can of course be used for exhaust gas purifiers equipped with several monolithic filters made of sintered material. This possibility will now be described, first with reference to FIGS. 4 and 5 which illustrate an E2 purifier equipped with several filters 10 arranged coaxially, then with reference to FIG. 6 which illustrates an E3 purifier equipped with several filters arranged in parallel.
L'épurateur E2 illustré sur la figure 4 comporte une enceinte 1 qui est allongée, et présente deux entrées de gaz d'échappement notées 2.1, 2.2. Les gaz d'échappement pénètrent ainsi à l'intérieur de l'enceinte 1 au niveau respectivement d'une chambre d'entrée notée 4.1, 4.2. Avec le montage illustré ici, qui concerne un épurateur équipé d'un nombre pair de filtres monolithiques, les gaz arrivant dans la chambre d'entrée concernée pénètrent indifféremment dans l'un ou l'autre de deux filtres adjacents 10 qui sont montés en opposition. Chaque filtre 10 est maintenu en appui contre une bride 6 associée par un dispositif de fixation 100 conforme à l'invention. Du fait du montage en opposition des filtres monolithiques, le dispositif de fixation 100 a été légèrement modifié par rapport au dispositif unitaire précédemment décrit, dans la mesure où le noyau central 110 est maintenant un noyau commun qui est équipé d'une coupelle ressort 120 à chacune de ses deux extrémités axiales. Ainsi, pour chaque extrémité du noyau 110 avec ses ailettes radiales 116, tout se passe exactement comme cela a été décrit plus haut pour un dispositif de fixation associé à un filtre monolithique unique. Il est avantageux de prévoir que le dispositif 100 soit disposé au niveau de chacune des entrées 2.1, 2.2, de façon que les gaz d'échappement arrivent directement devant les faces d'entrée des filtres concernés. Dans la partie centrale de l'épurateur E2, il convient d'organiser un positionnement des brides 6 associées aux deux filtres monolithiques centraux, ce qui en l'espèce est assuré par des entretoises 16. Les gaz d'échappement filtrés sortent ainsi des différents filtres monolithiques 10 au niveau de chambres notées 12.1, 12.2, 12.3 (les gaz d'échappement filtrés arrivant au niveau de la chambre centrale 12.2 peuvent naturellement sortir par une ouverture non représentée ici). Tous ces gaz filtrés se retrouvent au niveau d'un collecteur commun 15 sur lequel est piqué un embout de sortie 3. The purifier E2 illustrated in FIG. 4 comprises an enclosure 1 which is elongated, and has two exhaust gas inlets marked 2.1, 2.2. The exhaust gases thus penetrate inside the enclosure 1 at the level of an inlet chamber respectively denoted 4.1, 4.2. With the assembly illustrated here, which relates to a purifier equipped with an even number of monolithic filters, the gases arriving in the inlet chamber concerned penetrate indifferently into one or the other of two adjacent filters 10 which are mounted in opposition . Each filter 10 is held in abutment against a flange 6 associated by a fixing device 100 according to the invention. Due to the mounting in opposition of the monolithic filters, the fixing device 100 has been slightly modified compared to the unitary device previously described, insofar as the central core 110 is now a common core which is equipped with a spring cup 120 to each of its two axial ends. Thus, for each end of the core 110 with its radial fins 116, everything takes place exactly as described above for a fixing device associated with a single monolithic filter. It is advantageous to provide that the device 100 is arranged at each of the inlets 2.1, 2.2, so that the exhaust gases arrive directly in front of the inlet faces of the filters concerned. In the central part of the purifier E2, it is advisable to organize a positioning of the flanges 6 associated with the two central monolithic filters, which in this case is ensured by spacers 16. The filtered exhaust gases thus exit from the different monolithic filters 10 at the level of chambers denoted 12.1, 12.2, 12.3 (the filtered exhaust gases arriving at the level of the central chamber 12.2 can naturally exit through an opening not shown here). All of these filtered gases are found at a common manifold 15 on which an outlet nozzle 3 is stitched.
La figure 5 permet de mieux distinguer l'une des deux zones d'entrée des gaz d'échappement à filtrer, avec l'un des dispositifs de fixation 100 à double noyau 110 équipé à chacune de ses extrémités d'ailettes radiales 116. FIG. 5 makes it possible to better distinguish one of the two inlet zones for the exhaust gases to be filtered, with one of the fastening devices 100 with double core 110 fitted at each of its ends with radial fins 116.
Chaque filtre 10 est ainsi parfaitement maintenu individuellement par sa coupelle ressort 120, en appui contre la bride associée 6, à l'intérieur de l'enveloppe tubulaire associée 5, comme cela a été décrit pour un épurateur à filtre unique.Each filter 10 is thus perfectly maintained individually by its spring cup 120, bearing against the associated flange 6, inside the associated tubular casing 5, as has been described for a purifier with a single filter.
La figure 6 illustre un épurateur E3 qui est équipé de plusieurs filtres 10 agencés en parallèle. Les faces d'entrée des cinq filtres représentés ici sont disposées au niveau d'un plan commun P qui délimite une chambre commune d'alimentation commune 4 pour l'épurateur
E3. Ainsi, la chambre d'entrée de l'enceinte 1 constitue une chambre commune d'alimentation dans laquelle se répartit le flux d'entrée des gaz d'échappement à filtrer, de façon à passer à travers chacun des filtres monolithiques 10. Chaque filtre 10 est individuellement maintenu par un dispositif de fixation 100 qui est exactement identique à celui déjà décrit en référence à la figure 2. La chambre de sortie, notée 12, est alors une chambre commune à tous les filtres individuels, et les gaz filtrés s'échappent par un embout 3 qui est ici disposé du même côté que l'embout d'entrée 2. L'agencement des filtres en parallèle pourra en variante être répété selon un montage en barillet, avec une rangée de filtres sur chaque facette du barillet, et une chambre de sortie commune au centre dudit barillet (variante non représentée ici). FIG. 6 illustrates a purifier E3 which is equipped with several filters 10 arranged in parallel. The inlet faces of the five filters shown here are arranged at a common plane P which delimits a common common supply chamber 4 for the purifier
E3. Thus, the inlet chamber of the enclosure 1 constitutes a common supply chamber in which the inlet flow of the exhaust gases to be filtered is distributed, so as to pass through each of the monolithic filters 10. Each filter 10 is individually maintained by a fixing device 100 which is exactly identical to that already described with reference to FIG. 2. The outlet chamber, denoted 12, is then a chamber common to all the individual filters, and the filtered gases are escape through a nozzle 3 which is here arranged on the same side as the inlet nozzle 2. The arrangement of the filters in parallel may alternatively be repeated in a barrel arrangement, with a row of filters on each facet of the barrel, and a common outlet chamber in the center of said barrel (variant not shown here).
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais englobe au contraire des variantes reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées plus haut. The invention is not limited to the embodiments which have just been described, but on the contrary includes variants incorporating, with equivalent means, the essential characteristics set out above.
En particulier, on pourra utiliser le dispositif de fixation selon l'invention pour des pots catalytiques de véhicules automobiles, les ailettes radiales du noyau central n'étant alors pas nécessairement conformées en déflecteurs. In particular, it is possible to use the fixing device according to the invention for catalytic converters of motor vehicles, the radial fins of the central core then not necessarily being shaped as deflectors.
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