Brevet FR2006938A1 — publié le 19700102

i La présente invention se rapporte à^un procédé et à un appareil pour le traitement des gaz dféchappement des moteurs à combustion interne afin d'en éliminer les substances nocives susceptibles de polluer 1*atmosphère. 5 On sait depuis longtemps que l'une des princi pales causes de la pollution de l'atmosphère est lrémission des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne des nombreux véhicules automobiles en circulation, gaz qui contiennent diverses substances toxiques, nuisibles ou gênantes. Or, le nombre 10 toujours croissant de véhicules automobiles en circulation s . attiré l'attention des pouvoirs publics sur les problèmes de la pollution de l'air. Divers services gouvernementaux, en particulier dans les régions ayant une nombreuse population urbaine, ont de plus en plus orienté leurs efforts vers une solution du 15 problème de la pollution atmosphérique par les gaz d'échappement des véhicules automobiles. Bien que ce souci gouvernemental se soit, initialement, manifesté aux Etats-Unis d'Amérique par des règlements d'Etat, ce problème a pris une importance telle qu'une législation nationale a dû être créée. 20 L'un des facteurs de ce proMëme est lfémission de substances polluantes à base d'hydrocarbures issus du carter-moteur, du réservoir à carburant et des carburateurs des véhicules automobiles. Toutefois, le problème le plus important est celui de l'émission des gaz d'échappement qui comprennent trois 25 substances nocives principales, à savoir : les oxydes d'azote, l'oxyde de carbone et les hydrocarbures. Bien que certains progrès aient été réalisés dans l'élimination ou dans le traitement des hydrocarbures et de l'oxyde de carbone des gaz d'échappement, par divers dispositifs de la technique antérieure, il y a eu,en jq fait, une certaine régression dans le contrôle ou la conversion des oxydes d'azote contenus dans ces mêmes gaz d'échappement. La présente invention a pour objet un appareil et un procédé de traitement des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne et, plus particulièrement, des moteurs des 55 véMcuïes automobiles. Le but principal de l'invention est de fournir un appareil et un procédé de traitement des gaz d'échappement permettant de réduire, de convertir ou d'éliminer de 69 13173 g 2006938 façon efficace pratiquement toutes les-"substances toxiques des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne qui contribuent gravement à la pollution atmosphérique. L'invention a également pour but de fournir un 5 appareil et un procédé de traitement des gaz dréchappement î - qui permettent de réduire effectivement les oxydes d'azote présents dans les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne en réduisant ces oxydes d'azote, en présence d'un, catalyseur contenant du cuivre, maintenu à une température élevée, 10 avant 1'oxydation de 1'oxyde de carbone également contenu dans ces gaz d'échappement; - qui éliminent les problèmes de l'entretien du catalyseur en supprimant la désaetiv&tion de celui-ei par les dépôts de plomb (contenus dans les gaz d1 échappement} qui, autre- 15 ment, auraient exigé un remplacement ou une régénération fréquente de ce catalyseur, en rendant pratiquement impossible la réalisation sur une grande échelle de la réduction des oxydes d'azote ; - qui permettent une réduction sensible de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures contenus dans les gas d'échappe- 20 ment par une comfeustioa- vive de ces substances j - dans lesquels l'oxydation a lieu par allumage, addition d'air et combustion, subséquente de l'air, de lroxyd@ de carbone et des hydrocarbures contenus dans les gaz d'échappement quand la température de ces gaz est suffisante pour entre- 25 tenir la combustion et où, quand la température n'est pas suffisante, pour entretenir la combustion, se produit une addition d7un carburant afin de réaliser l'oxydation désirée ; - dans lesquels l'oxydation du monoxyde de carbone et des hydrocarbures contenus dans les gaz d'échappement est due 50 à l'augmentation de la température de ces gaz par la chaleur dégagée par la réduction précédente des oxydes d'azote, par la chaleur provenant de la combustion de l'air, des hydrocarbures et des monoxydes de carbone eux-mêmes, et par l'addition d'air due à l'injection, au besoin, dfua carburant quand.la tem- 55 pérature des gaz d'échappement introduits dans la zone d'oxydation est inférieure à celle nécessaire pour entretenir une oxydation efficace des hydrocarbures et du monoxyde de carbone ; 69 131.73 : 3 2006938 , , - dans lesquels l'oxydation a lieu en présence d'un supplément d'air et de carburant, un dispositif de sécurité étant prévu qui empêche le carburant d'affluer dans la zone d'oxydation si de l'air n'est pas introduit en même temps dans cette zone ; 5 - dans, lesquels un dispositif de sécurité est prévu pour empêcher des gaz d'échappement ayant une température extrêmement élevée de pénétrer dans le dispositif de traitement (où s'effectue la réduction des oxydes d'azote et 1'oxydation de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures), température qui pourrait 10 provoquer une destruction mécanique de 1'appareil, ce dispositif de sécurité étant conçu pour lâcher ces gaz d'échappement trop chauds avant leur entrée dans ce dispositif en réponse à la température desdits gaz ; Dans ses grandes lignes, la présente invention coiïh 15 prend un procédé et un appareil pour traiter les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne et pour éliminer les substances toxiques principales de ces gaz par réduction des oxydes d'azote et par combustion de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures de ces gaz avec de l'air en utilisant la chaleur 20 des gaz oxydés pour préchauffer les gaz d'échappement se rendant • du moteur dans la zone de réduction des oxydes d'azote et en prévoyant l'admission d'un carburant dans la zone d'oxydation quand la-température des gaz d'échappement entrant dans cette zone est au-dessous d'un certain seuil. Pour des rais.ons,de 25 sécurité, l'admission d'un carburant dans la zone d'oxydation. est contrôlée de façon à empêcher cette admission en l'absence d'un courant d'air vers ladite zone d'oxydation. L'invention prévoit un système de sécurité contre-les gaz d'échappement ayant une température excessive qui comprend- une soupape de com-30 mande pour diriger les gaz d'échappement soit dans le dispositif de traitement, soit dans 1'atmosphère selon la température de ces gaz d'échappement.dans la zone d'oxydation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement 35 à titre'd'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel : - la figure 1 est une représentation schématique d'un 69 13173 , 2006938 4 appareil de" traitement des gaz d'échappement conforme à la présente invention ; - la figure 2 est une vue en perspective, avec arrachement, d'une partie de l'appareil de la figure 1 ; 5 - la figure 3 est une coupe latérale partielle suivant la ligne III-III de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en coupe d'une soupape de sélection de source de vide ; - la figure 5 est une coupe latérale d'une source de 10 vide auxiliaire pour actionner une turbine fournissant de l'air à la zone d'oxydation ; - la figure 6 est une coupe latérale d'un dispositif de commande sensible à la température et au débit de l'air pour commander le fonctionnement d'une soupape d'admission de carburant ; 15 - la figure 7 est une vue latérale; partiellement en coupe, d'une soupape de commande d'admission des gaz d'échappement ,* et, - la figure 8 est une vue latérale en coupe d'un dispositif sensible à la température pour commander l'actionne-- 20 ment d'une soupape de sécurité. En se référant maintenant aux figures 1 à 3, on voit un appareil de traitement des gaz d'échappement associé à un moteur à combustion interne 20, tel que ceux utilisés dans les véhicules automobiles. Le moteur 20 comprend un collecteur d'admis-25 sion 21, un collecteur d'échappement 22, un carburateur 23 muni d'un filtre d'air 24, et une pompe à carburant 25 reliée au carburateur. L'appareil de traitement des gaz d'échappement comporte un dispositif 30 pour réduire les oxydes d'azote-contenus 30 dans les gaz d'échappement ; un dispositif d'oxydation des gaz d'échappement 31, incluant des moyens d'allumage 32, une soupape de carburant 33 et un dispositif d'admission d'air 34. Le dispositif d'admission d'air 34 est actionné par la dépression produite dans le collecteur d'admission 21 du moteur à combustion 35 interne 20 ou par une source de vide auxiliaire 35, cette source étant sélectionnée par une soupape 36. Le dispositif d'oxydation 31 comprend un organe de commande 37 sensible à la température et au 69 13173 5 2006938 débit de l'air pour la soupape d'admission de combustible 33* L'installation comprend aussi un dispositif de sécurité intervenant lorsque la température des gaz d'échappement devient trop élevée, dispositif qui comprend une soupape 38 et un organe de 5 commande thermostatique 39. Le dispositif de réduction des oxydes d'azote est destiné à convertir ces oxydes avant toute addition d'air aux gaz d'échappement. Dans l'exemple de réalisation représenté, ce dispositif peut comprendre une enveloppe 50, une entrée 51 dans 10 la partie inférieure de l'enveloppe, une sortie 52 dans la partie supérieure de cette enveloppe, l'entrée 51 communiquant avec le collecteur d'échappement 22 du moteur. L'enveloppe 51 contient une zone de réduction 53 dans laquelle lesccydes d'azote sont réduits par l'oxyde de carbone et où est disposé tia catalyseur 15 54. Les gaz d'échappement, avant d'entrer dans la zone de réduction 53, et le catalyseur sont préchauffés, dans l'exemple représenté, par un certain nombre de tubes d'échange de chaleur 55 supportés par l'enveloppe 50 entre son entrée 51 et sa sortie 52. Dans ce mode de réalisation, les tubes d'échange de chaleur 55 20 servent aussi à supporter le catalyseur 54 (voir figure 3} et les gaz qui traversent ces tubes sont déchargés dans l'atmosphère par un tuyau 56. Une toile métallique ou analogue 57 couvre le catalyseur 55 afin de retenir les pastilles ou les grains de catalyseur 58 en place. 25 Les catalyseurs ppuvant être utilisés dans la pré sente invention pour la réduction des oxydes azotés (par exemple, de l'oxyde nitrique et du bioxyde d'azote) sont connus dans la technique. N'importe quel oxyde métallique,, tel que les oxydes de nickel, de chrome, de cuivre, etc., que l'on sait être utile 30 pour les réactions de réduction peut être utilisé dans la présente invention. Toutefois, d'une manière générales on préfère utiliser les catalyseurs à base d'oxyde de cuivreComme exemples de tels catalyseurs, on peut mentionner 1'oxyde cuprique (GuO) qui peut être combiné avec l'oxyde chromique (Cr^O^)5 1'oxyde 35 cobaltique (COgO^) et/ou 1 'alumine (Al^O^), Un catalyseur' préféré dans la présente invention et qui est utilisé dans le niod3 de réalisation actuellement préféré de celle-ci est celui connu sous le nom de "Harshaw Cu0203" qui est un catalyseur du commerce contenant 82$ d'oxyde cuprique et 17$ d'oxyde chromique. t9 13173 2006938 Les catalyseurs peuvent être utilisés avec ou sans support, tel que la silice., l'alumine., etc. Etant donné qu'en présence des catalyseurs mentionnés ci-dessus, 1'oxyde de carbone réagit de préférence avec l'oxygène 5 pour former du gaz carbonique, 11 est important qu'il y ait un. excès droxyde de carbone par rapport à l'oxyde nitrique. Ainsi, cette réaction doit être conduite en l'absence d'une quantité appréciabl© d'oxygène. Etant donné que la plupart des essences contiennent 10 une. certaine quantité de plomb, sous, la forme de plomb tétra-éthyle, ou d'autres additifs du commerce, il n'est pas exclu que le catalyseur de réduction soit empoisonné par le plomb. Cet empoisonnement peut être évité en élevant de temps en temps la température du catalyseur au-dessus de 800°C et, de préférence, 15 entre 900 et 1000°C. Ces températures sont obtenues en élevant la température du fluide traversant les tubes d'échange de eha-leur 55 au-dessus des températures de purif ication mentionnées. Quand le moteur â combustion interne ralentit, les gaz d'échappement contiennent un plus grand pourcentage d'hydrocarbures. La 20 combustion de ces gaz d'échappement riches en hydrocarbures dans le dispositif d'oxydation >1 produit un fluide à haute température pour l'échangeur de chaleur, Ainsij l'élévation occasionnelle de la température des gaz d'échappement dans la sone de réduction 53 au-dessus 25 30 L'appareil est également pourvu d'un dispositif pour oxyder les gaz- d'échappement après que les oxydes azotés de ceux-ci ont été réduits,, Ce dispositif comprenda dans l'exemple représenté^. une enveloppe 60 ayant une entrée 6l communiquant avec la sortie 52 cte 3. 'enveloppe 50 et une sortie 62 rac™ 35 cordée aux- tubes d'échange de chaleur 55 dispositif de réduction des oxydes asotés 30, Dans l'enveloppe 60 est- supportée, tme section 63 définissant txne sone d'oxycïetion ou de combustion 64, ORIGINAL 69 13.173 7 2006938 La section de combustion 6j> comporte une ouverture de sortie 65 débouchant dans une zone d'évacuation 66 dans laquelle sont disposées un certain nombre de chicanes 65 destinées à étouffer le bruit des explosions. Un tuyau 68 est disposé partiellement dans 5 l'entrée 6l et s'étend dans la section de combustion 65. Le dispositif d'oxydation 31 comporte également un allumeur J>2 destiné à fournir l'étincelle nécessaire pour la combustion. L'allumeur 32 comprend une bougie d'allumage 70 dont les électrodes s'étendent à l'intérieur du tuyau de combustion 68 10 et qui est connectée par un conducteur 71 à la bobine d'allumage 72 du véhicule automobile. Ainsi, la bougie 70est alimentée de façon à produire des étincelles en même temps que les bougies des cylindres du moteur à combustion interne 20. Lorsque les gaz d'échappement qui entrent dans 15 l'enveloppe 60 du dispositif d'oxydation sont à une température supérieure à environ 750-780°C, de l'air est admis dans le tube d'injection 68 et le mélange d'air et de gaz d'échappement est allumé dans la zone de combustion 64 de façon à diminuer sensiblement la quantité d'oxyde de carbone et d'hydrocarbures pré-20 sents dans les gaz d'échappement. Par contre, lorsque la température des gaz d'échappement introduits dans le dispositif d'oxydation est inférieure à 750°C, un carburant, (de préférence du même type et provenant de la même source que celui alimentant le moteur) et de l'air sont injectés dans le tube 68 et ce mélange 25 est allumé par la bougie 70. Ces produits de combustion se mélangent avec les gaz d'échappement traversant la zone d'oxydation 64 et chauffent ces derniers, tandis que de l'oxygène supplémentaire contenu dans l'air est mélangé aux hydrocaruures non brûlés et à l'oxyde de carbone contenus dans les gaz d'échappé-? 30 ment et oxydent ceux-ci. Les gaz d'échappement chauds sortant de l'enveloppe du dispositif d'oxydation par la sortie 62 traversent les tubes d'échange de chaleur 55» comme il a été expliqué ci-dessus, et ce fluide à haute température maintient le lit de catalyse aux températures voulues, normalement 55 supérieures à 5^0°C, températures auxquelles les performances des pastilles de catalyseur sont élevées et permettent de convertir plus de 90% des oxydes d'azote. De plus, quand on fait démarrer le moteur à combustion interne dans une atmosphère 69 13173. 8 200l6,^3;8 - > ambiante froide* les. g&z d'.échappe ment introduits'dans lè ; ' dispositif d'oxydation 31 exigent normalement l'addition ci- " dessus de combustible et d'air afin de produire un mélârigè'brûlant dans la zone d'oxydation en produisant ainsi un fluide â 5 haute température pour les tubes d'échange de chaleur 55 et élevant ainsi la température de fonctionnement de l'installation toute entière à une valeur optimale en un minimum de temps. Il ressort donc de ce qui précède que la température des gaz d'échappement peut être élevée par deux et, éventuelle-10 ment par trois additions de chaleur. La première résulte du dégagement de chaleur dû'à la réduction des oxydes d'azote dans le dispositif 30. La deuxième provient de la chaleur d'oxydation due à la combustion des hydrocarbures et de l'oxyde de carbone dans la zone d'oxydation 64. Enfin, dans l'éventuali-15 té où les gaz d'échappement introduits dans le dispositif d'oxydation 31 sont au-dessous d'une température prédéterminée, il se produit un chauffage auxiliaire dû à la combustion du mélange de carburant et d'air introduit dans la zone d'oxydation. L'appareil de traitement des gaz d'échappement comporte 20 également des moyens pour fournir de l'air au dispositif d'oxydation. Dans l'exemple représenté, ces moyens peuvent comprendre un petit turbo-compresseur 75. Celui-ci constitue le moyen préféré pour fournir de l'air comprimé au dispositif d'oxydation 31» mais il est bien évident que-cet air pourrait 25 également être fourni par un compresseur entraîné au moyen d'une courroie de transmission par le moteur à combustion interne 20. Le turbo-compresseur 75 est décrit en détail dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3.287.898 de la demanderesse.' Pour la compréhension de la présente invention, il convient de noter- que 30 le turbo-compresseur 75 comporte une entrée d'air 76» un conduit de sortie d'air comprimé 77 et Une.turbine entraînée par le vide amené par un conduit 78. Le conduit 78 est raccordé à-une soupape de sélection de source de vide 36, représentée, en détail sur la figure. 4.' 35 En. se référant à cette figure, on voit que la soupape de sélection 36. comprend une enveloppe 40 ayant une cloison 8l délimitant une première, chambre 82 et une-secondé chambre 83."Un 69 13173 s 2006938 diaphragme 84 est monté de façon étanche afin de constituer la paroi extérieure de la chambre 8j. Une plaque 85 est portée par le diaphragme 84 et comporte un bossage taraudé 86 recevant une vis 87 qui porte une cuvette de ressort 88» L'enveloppe 80 est 5 pourvue, à l'une de ses extrémités, d'un bossage de centrage 89 qui supporte l'une des extrémités d'un ressort de compression 90 dont l'autre extrémité prend appui contre la cuvette 88. De l'autre côté de la plaque 85 s'étend un arbre 91 disposé dans la chambre 83 et qui s'étend à travers une ouver-10 ture 92 percée dans la cloison 8l* L'extrémité libre de l'arbre 91 supporte un obturateur de soupape 93 dans la première chambre 82 de façon à ouvrir et à fermer sélectivement l'ouverture 92 de la cloison 8l. L'enveloppe 80 est également pourvue d'une entrée 94 débouchant dans la seconde chambre 83 qui reçoit une douille 15 taraudée 95 montée sur un conduit de vide 96 dont l'autre extrémité communique avec le collecteur d'admission 21 (voir figure 1). L'autre extrémité de l'enveloppe 80 de la soupape de sélection 36 est également pourvue d'une sortie 97 destinée à recevoir une douille taraudée 98 montée sur un conduit de vide 99 20 dont l'autre extrémité est raccordée à une source de vide auxiliaire 35 (voir figure 1). Dans la sortie 97 est prévue une seconde cloison 100 percée d'une ouverture 101 de manière à délimiter une petite chambre 102 dans laquelle est disposé' un ressort de compression 103 qui, normalement, sollicite un obtu-25 rateur 104 à fermer l'ouverture 101 de la seconde cloison 100. Lrenveloppe 80 supporte aussi une troisième entrée 105 recevant une douille taraudée 106 montée sur le conduit de sortie 78 de la turbine, de sorte que ce conduit communique avec la première chambre 82 de l'enveloppe 80. 30 On va décrire maintenant îe fonctionnement de la soupape de sélection de source de vide 36. Quand le moteur à combustion interne 20 est en marche, une dépression est créée dans le collecteur d'admission 21, dépression qui est transmise par le conduit 96 à la seconde chambre 83 de façon à créer une 35 différénce de pressions de part et d'autre du diaphragme 84afin de surpasser là force du ressort de compression 90 ets ainsi déplacer l'arbre 91 de manière que l'obturateur 93 découvre lrouverturé 92 de la cloison 8l« De cette façon, la dépression régnant dans le collecteur' d'admission est transmise directement 69 13173 i00693fr au conduit de sortie ?8 de la turbine» constituant ainsi la source de vide nécessaire pour l'entraînement du tu^bo-compresseur 75.Le vide régnant dans la seconde chambre 83 dévie le diaphrsgme 84 suffisamment pour que l'obturateur 93 ferme la sortie 97' Quand 5 la dépression du collecteur d'admission est forte ou lorsque le vîde de la source auxiliaire 35 baisse, lfobturateur 104 ferme l'ouverture 101» même lorsque 1fobturateur 93 ne s'est pas déplacé suffisamment pour fermer celle-ci. A certains régimes du moteur, la dépression du eollee-10 teur d'admission n'est pas suffisante pour produire le vide nécessaire au fonctionnement du turbo-compresseur 75• Dans ces conditions, îe vide régnant dans la seconde chambre 83 est insuffisant pour provoquer une flexion du diaphragme 84, de sorte que l'obturateur 93 maintient la seconde chambre 83 fermée par 15 fermeture de l'ouverture 92 de la cloison 8l. Ceci permet au vide provenant de la source de vîde auxiliaire 35 êe communiquer par la sortie 97 et la seconde chambre 82 avec lë conduit de sortie 78 de la turbine afin de fournir le vide nécessaire au fonctionnement du turbo-compresseur 75. Dans la pratique, la 20 soupape de sélection 36 peut utiliser un diaphragmé 84 et un ressort de compression 90 tels que, quand la dépression dans le collecteur dfadmission 21 descend au-dessous d'environ 125 nim Hg, l'obturateur 93 ferme l'ouverture 92 et relie ainsi le conduit de sortie 78 de la turbine à la source de vide auxiliaire 35. 25 La source de vide auxiliaire 35 est représentée sur la figure 5 et comprend une trompe à air. La trompe à aîr 35 est montée sur le filtre à air 24 du carburateur et comporte un canal convergent-divergent 115* une enveloppe d'entrée 69 13173 ■ . s 11 2006938, sur une vis de réglage 124 reçue dans un bossage taraudé 125 porté par un support 126 monté sur les,rails de guidage 117, 118. Lr extrémité antérieure de la tuyère 1.15 comprend une section de Venturi 127 dans laquelle est prévue une ouverture 5 annulaire 128 communiquant avec une chambre 129. La chambre 129 comporte une ouverture d'entrée 1J0 pour recevoir une douille 131 montée sur un conduit de vide 99 qui raccorde le dispositif auxiliaire 35 à la soupape de sélection de source de vide 36, comme il a été expliqué ci-dessus. 10 Quand le débit de l'air traversant la trompe 35 dépasse, par exemple 1,4 nrVmn, la pression de l'air qui s'exerce sur la lèvre antérieure de la tuyère 115 oblige celle-ci à glisser en arrière, produisant ainsi une ouverture annulaire entre l'embouchure 120 de l'enveloppe 116 et la surface extérieure de la 15 .tuyère 115 qui est maintenue alignée par lès ailettes 119. Quand le moteur à combustion interne du véhicule automobile opère avec le papillon du carburateur grand ouvert, comme ce peut être le cas, par exemple, en tirant un véhicule lourdement chargé le long d'une forte pente, la dépression du 20 collecteur d'admission peut-devenir négligeable. Dans ces conditions, comme il a été expliqué, la dépression devient aussi négligeable dans la seconde chambre 83 de la soupape de sélection de source de vide 36, ce qui ouvre cette soupape afin d'établir une communication entre la source de vide .auxiliaire 35 25 et le conduit de sortie 78 de la turbine. On conçoit que, dans ces conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne avec un papillon de carburateur largement ouvert, le débit d'air à travers la trompe 35 sera près de son maximum et la dépression dans la section.de Venturi 127 de la tuyère 115 constituera une 30 source de vide largement suffisante pour assurer un fonctionnement convenable du turbo-compresseur 75. En se reportant maintenant à la figure 1, on voit que le conduit de sortie d'air comprimé 77 du turbo-compresseur 75 est raccordé à l'enveloppe 140 d'une chambre de mélange air-35 carburant 140. Le conduit 77 comporte un embranchement 141 qui est relié à un organe de commande 37 sensible à la température et au débit de l'air et qui commande la soupape.d'admission de carburant 33. 69 13173 12 2006938 6 ' . •; Il - ressort • de ce "qui précède que-grâce'à la prévision dê-plusieurs sources de vide pouvant intervenir alternativement le turbo-compresseur :75 est assuré de fonctionner à tous les régimes du moteur à combustion interne, fournissant ainsi 5 en continu de l'air au dispositif d'oxydation Jl.. Ainsi donc, les gaz.d'échappement qui entrent dans l'enveloppe 607du dispositif d'oxydation se mélangent toujours avec 1'air provenant du conduit de sortie d'air comprimé 77 et de l'enveloppe 140 de la chambre de mélange d'air et de carburant"et qui est introduit à 10 travers le tube d'injection 68, dans la zone d'oxydation 64. Cet : air supplémentaire assure l'oxydation ou la combustion des hydrocarbures et de l'oxyde de carbone contenus dans les gaz d'échappement dans le dispositif d'oxydation 31. L'appareil de traitement des gaz d'échappement 15 comporte aussi des moyens pour fournir du carburant au dispositif d'oxydation dans les conditions qui seront précisées ci-après. Dans le mode de réalisation représenté, ces moyens ' comprennent la soupape d'admission de carburant 33 montée sur 1'enveloppe 140 de la chambre de mélange et qui communique avec 20 la zone d'oxydation 64 de l'enveloppe 60. La soupape de carburant 33 comprend une enveloppe 150 ayant un canal de carburant inférieur 151 communiquant avec un conduit de carburant 152 qui est raccordé à la pompe à carburant 25 du moteur à combustion interne. En variante, le carburant pourrait être fourni par une pompe 25 électrique, telle que celle représentée et décrite dans le brevet ; des Etats-Unis d'Amérique NQ 3»174*433• Lorsque le carburant est fourni par la pompe à carburant du moteur à combustion interne, il est utile d'incorporer une sécurité hydraulique 153 dans le conduit 152, près de la pompe à carburant 25, afin qu'en cas de 30 rupture de ce conduit, le débit excessif résultant provoque la fermeture de la sécurité en interrompant l'écoulement du carburant, constituant ainsi un dispositif de sécurité. " L'enveloppe de la soupape de combustible renferme~ une chambre à combustible 154 communiquant avec le- canal 15Ï et 35 un obturateur 155 supporté par un diaphragme 156 pour - ouvrir ' et fermer le canal 151 par rapport à la chambre 154. A la'chambre 154 est raccordé un tube d'alimentation- 158" s''avançant dans la chambre de mélange de l'enveloppe 140 'afin de' produire un 69 13173 2006938 jet d'air et de carburant dirigé à l'intérieur du tuyau d'injection 68 dans lequel le mélange est allumé par la bougie 70. Le diaphragme 156 communique par un conduit 160 avec un organe de régulation 37 sensible à la température et 5 au débit de l'air. En se référant maintenant à la figure 6, on voit que l'organe 37 comprend une enveloppe l6l ayant une ouverture d'entrée 162 raccordée à l'embranchement 141 qui est relié au conduit de sortie d'air comprimé 77 du turbo-compresseur. 75. L'enveloppé l6l délimite une chambre 163 et comporte aussi 10 une ouverture de sortie 164 qui est raccordée au conduit 160 communiquant avec le diaphragme 156. L'extrémité intérieure 165 du conduit 160 comporte un orifice qui est sélectivement fermé par un obturateur 166 porté par un levier 167 qui est articulé par un pivot 168 à un élément intermédiaire fixé à l'enveloppe 15 l6l. Des bossages de centrage 169, 170 sont prévus respectivement sur l'enveloppe l6l et sur le levier 167 pour supporter un ressort de compression 171 qui, normalement sollicite l^obtu-rateur 166 vers l'orifice 165 du conduit 160, de sorte que les conduits 141 et 160 communiquent normalement à travers la eham-20 bre 163 de l'organe de régulation 37. L'enveloppe l6l comporte également un bossage 172 destiné à supporter un fourreau 173 en un alliage résistant à la chaleur, tel que l'inconel, dans lequel est disposée une tige de quartz 174 dont le coefficient de dilatation est inférieur à 25 celui du fourreau d'Inconel 173. Le fourreau 173 s'étend dans la zone de combustion 64 du dispositif d'oxydation 31. Le fonctionnement est le suivant : quand la température de la zone d'oxydation 64 descend au-dessous d'une valeur prédéterminée, le fourreau 173 se contracte par rapport à la 3C tige 174, de sorte que l'extrémité de cette dernière fait pivoter le levier dans le sens des aiguilles d'une montre à la position représentée sur la figure 6. Dans ces conditions, l'orifice 165 est ouvert, de sorte que l'air comprimé qui arrive dans la chambre 163 de l'enveloppe l6l par le conduit 141 traverse le 35 conduit 160 vers la chambre 157 de la soupape d'admission de carburant. Quand la chambre 157 est pressurisé, le diaphragme 156 s'élève en entraînant lrobturateur 155 vers le haut, permet-, tant ainsi au carburant de traverser le canal 151 pour gagner 69 13-173 2006938 . n la chambre 154 et, de là, la soupape de réglage à-pointeau 158 •> On voit donc que3quand la température qui règne dans la zone d'oxydation est inférieure à une valeur prédéterminée* une certaine quantité de carburant est introduite en continu dans le 5 dispositif d'oxydation >1. Inversement, quand la température qui règne dans la zone d'oxydation 64 dépasse un seuil déterminé, le fourreau 173 s'allonge par rapport à la tige 17*4, permettant ainsi au ressort 171 de faire pivoter le levier 167 dans le sens contraire 10 des aiguilles d'une montre, selon la figure 7, de sorte que l'obturateur 166 vient fermer l'orifice 165 du conduit 160. Ceci empêche l'air comprimé de passer du conduit 141 dans le conduit 160 afin d'actionner la soupape d'admission de carburant 33» 15 On voit donc que l'organe de régulation 37 assure une commande de la soupape d'admission de carburant 33 ®n fonction de la température. De plus, on conçoit également qu'à moins que de l'air comprimé n'arrive du turbo-compresseur 75» lfouverture de l'organe de commande 37, quand la température dans la zone 20 d'oxydation 64 décroît, n'actionne pas le diaphragme 156 et ne permet pas au carburant de circuler. Ceci constitue une mesure de sécurité, en ce que le carburant ne peut pas arriver dans le dispositif d'oxydation 31 si, en même temps de l'air comprimé n'y est pas admis, évitant ainsi une explosion destructive du 25 carburant accumulé dans le tuyau d'injection 68 du dispositif d'oxydation 31» On a constaté que dans les vieilles voitures automobiles et dans les automobiles, dont les moteurs ne sont pas correctement réglés, il peut se produire ce qu'il est conve-30 nu d'appeler "des ratés d'allumage". Ces "ratés" se produisent généralement quand les bougies d'allumage des cylindres du moteur à combustion interne ne produisent pas d'étincelles. Dans ces conditions, la charge non brûlée du cylindre, qui est constituée par un mélange d'air et de carburant, est direc-35 tement évacuée dans le collecteur d'échappement 22. Ceci a pour conséquence qu'une quantité excessive d'hydrocarbures non brûlés est entraînée par les gas d'échappement dans la zone d'oxydation 64 du dispositif d'oxydation 31- Quand ces g^z 69 13173 2006-938 15;- d'échappement riches en hydrocarbures, sont mis à feu; dans la zone d'oxydation, il en résulte des températures excessives qui peuvent provoquer une destruction complète ou partielle de la,-structure métallique du dispositif d'oxydation 31. Les métaux préférés pour 5 la construction du dispositif d'oxydation.31 peuvent avoir une température de dégradation ne dépassant pas environ 1100°C et on a constaté que la combustion des: gaz d'échappement riches peut produire des températures supérieures à 1100°C dans la zone d'oxydation. 10 En conséquence, l'appareil de traitement des, gaz d'échappement de l'invention comporte également des moyens de sécurité pour éviter que la température puisse atteindre dans la zone d'oxydation, une valeur susceptible d'endommager celui-ci. Dans l'exemple de réalisation représenté, ces moyens de 15 sécurité comprennent une soupape de commande de sécurité 39 et une soupape 38, représentée sur la figure J. La soupape 38 comprend une enveloppe 180 dont l'ouverture d'entrée est raccordée au collecteur d'échappement 22 du moteur, une première sortie l8l reliée à l'entrée 51 du dispositif de réduction des 20 oxydes d'azote 30, et une seconde sortie 182 qui débouche dans, l'atmosphère. Les sorties l8l et 182 sont respectivement pourvues de sièges d'obturateur 183, 184. Un obturateur 185 ayant des joints 186, 187 de part et d'autre est fixé sur un cylindre 188 qui, de son côté, 25 est fixé sur un arbre 189 monté à pivotement dans l'enveloppe 180. A l'une des extrémités de l'arbre 189 est monté un levier . 190 à 1'-autre extrémité est articulée une tige d'action- nement 191. La tige 191 est reliée à un diaphragme 192 ayant une entrée de vide 193 qui est raccordée à un conduit 194 30 (Voir figure 1). Un ressort (non représenté) est prévu pour solliciter'l'obturateur 185 à la position dessinée en-traits continus sur la figure "J., quand le moteur 20 n'est pas en marche. Le conduit 194 . est relié, à la soupape de commande ■ 35 de sécurité 39 représentée sur la figure 8. La soupape de commande 39 comporte une enveloppe 200 ayant,une sortie 201 pour recevoir une douille 202 montée sur un conduit 194. L'enveloppe 200 69 13173 16. 2006938 délimite une chambre 203 êt comporte également une première entrée 204 pour recevoir un embranchement l4l du conduit de sortie d'air comprimé 77 du turbo-compresseur 75 "et une seconde entrée 205 pour recevoir un conduit 206 dont l'autre extrémité est raccordée 5 à un réservoir de vide 207 (figure 1), ce dernier étant relié au conduit d'entrée 78 de la turbine paç un conduit de vide 208. Un clapet antiretour 209 est prévu dans le conduit 208 et constitue, conjointement avec le réservoir 207 une source de vide pour la soupape de commande 39 pendant les périodes où le papillon est 10 grand ouvert, même pendant les périodes où la dépression du collecteur d'admission est relativement faible. Les extrémités des conduits 141 et 206 s'étendent à l'intérieur de la chambre 203 en délimitant deux orifices 210 et 211 qui sont sélectivement ouverts et fermés par un mécanisme 15 d'actionnement 212. Le mécanisme'212 comprend un levier 213 .articulé en un point Intermédiaire sur un bras 214 fixé à l'ënveloppe 200. Un obturateur 215, 216 est fixé respectivement aux deux extrémités du levier 213 pour ouvrir et ferma? sélectivement les orifices 210 et 211. Un ressort 218 est prévu pour solliciter 20 normalement le levier 213 dans le sens des aiguilles d'une montre, selon la figure 8, afin d'ouvrir l'orifice 210 et de fermer l'orifice 211. La paroi de l'enveloppe 200 située en face de celle portant lés deux entrées 204, 205 présente un bossage taraudé 220 s'étendant à l'extérieur de l'enveloppe 200. Un élément 25 fileté creux 221 est. reçu dans le bossage 220 et renferme une tige d'actionnement 222 dont l'une des extrémités est reliée à une tige de quartz 223 enfermée dans un fourreau d'inconel 224, l'autre extrémité de la tige 222 prenant appui contre le levier 23.3. 50 Le fonctionnement de la soupape de commande 39 est le suivant : pendant le fonctionnement normal du dispositif d'oxydation 31» c'est-à-dire, quand la température .des gaz d'échappement est au-dessous d'un seuil donné, au-delà duquel la structure de l'enveloppe 60: du dispositif d'oxydation risque-35 rait d'être endommagée, la longueur de la tige 223 est telle, par rapport au fourreau 224, que la tige d'actionnement 222 fait pivoter le levier 213 contre la force du ressort 218, en séns inverse des aiguilles d'une montre (selon la figure 8), da 69 13173 17 2006938 sorte que l'obturateur 215 ferme l'orifice 210, tandis que l'orifice 211 reste ouvert. Dans ces conditions, le vide régnaat dans le conduit 206 est transmis par la chambre 203, dans le conduit 194 de façon à repousser la tige d'actionnement 191 de la sou-5 pape de sécurité 38 vers le haut. Le mouvement vers le haut de la tige 191 fait pivoter l'obturateur 185 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, selon la figure 7, en fermant la seconde sortie 182, permettant ainsi aux. gaz d'échappement ù'entrer dans l'appareil de traitement. 10 Par contre, lorsque la température dans la zone d'oxyda tion du dispositif 31, à l'intérieur duquel s étendent le fourreau 224 et la tige de quartz 223, dépasse un seuil déterminé, la tige 223, qui a un coefficient de dilatation plus faible ne déplace pas la tige d'actionnement 222, de sorte que le levier 15 213 pivote dans le sens des aiguilles d'une montre, avec pour conséquence que l'obturateur 215 découvre l'or-ifiee 210 et que le ressort 218 sollicite l'obturateur 216 contre 1''orifice 211. L'ouverture de l'orifice 210 dans la chambre 203 établit une communication avec le conduit 194 de façon à actionner le dia-20 phragme 192 en repoussant la tige d'actionnement 191 vers le bas, ce qui fait tourner l'arbre 189 en faisant pivoter l'obturateur 185 Contre la première sortie l8l (raccordée à l'entrée 51 du dispositif de réduction des oxydes d'azote), en ouvrant en même temps la seconde sortie 182, de sorte que les gaz 25 d'échappement surchauffés peuvent s'échapper dans 11 atmosphère.. La libération des gaz d'échappement par la sortie 182 a'est pas atténuée et, de ce fait, s'accompagne d'un ronflement d'échappement audible qui signale que le moteur à combustion interne ne fonctionne pas correctement. 30 La soupape de sûreté 38 est, de préférence, pourvue d'un ressort destiné à placer 1'obturateur 185 près de la première sortie 181 quand le moteur à combustion interne ne fonctionne pas, afin d'empêcher les gaz d'échappement de gagner le dispositif de traitement. Quand on fait démarrer le moteur,. 35 la dépression créée dans le collecteur d'admission est transmise à la soupape de commande 39 par le conduit 206 et, étant donné qu'à ce moment la température de la zone d'oxydation est inférieure au seuil préétabli, cette dépression est transmise à travers la chambre 203, et le conduit 1Q4 au diaphragme 192 69 13173 2006938 18 de la zoupape de sûreté 38, faisant ainsi tourner l'obturateur 185 de ceHs»ci de manière à fermer la seconde sortie 182 et à. diriger les- gaz d'échappement dans le dispositif de traitement. Or a trouvé que la température préférée d'actionnement de la 5 soupape de commande >9j pour mettre la soupape 3& en communication avec l'atmosphère, est d'environ 1000&G. Au-dessous de cette température3 une combustion dans la zone d'oxydation ne saurait endommager la structure de 1 ' installation.» L'appareil décrit ci-dessus est un exemple des. moyens 10 pouvant être utilisés pour la mise en oeuvre d'un procédé pour le traitement des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne de fagon à éliminer les substances nocives émises par ceux-cio Ce procédé consiste, dfune manière générale, à faire passer les gaz d'échappement contenant des oxydes d'azote de 15 l'oxyde de carbone» des hydrocarbures et du plomb directement à leur sortie du moteur à combustion interne dans une zone de réduction des oxydes d'azote» où ces derniers sont réduits par l'oxyde de carbone en présence d'un catalyseur contenant du cuivre. Les gaz d'échappement sont ensuite oxydés par addition 20 d'air et par combustion quand leur température dépasse un certain seuil» et par addition d'un carburant quand cette ternpé-rateur est au-dessous du seuil prévu„ Les produits de combustion à haute température servent à chauffer le catalyseur à base de cuivre avant la réduction des oxydes dfazote. 25 II importe de noter que les gaz d'échappement éma nant des moteurs à combustion interne sont exempts d'oxygène et que l'addition d'oxygène est évitée car en présence du catalyseur contenant du cuivre, l'oxyde de carbone réagirait avec l'oxygène pour former du gaz carbonique, On voit donc que cette dernière 30 réaction aurait pour conséquence de réduire la quantité d'oxyde de carbone (en quantités st oe chi omé tr i que s) disponible pour réaliser une-réduction effective des oxydes d1azote. Il va de sol que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'exemple représenté et décrit, sans sortir 35 pour autant du cadre'de l'invention. 69 13173 19 200693& R E V E. .N D I C.. A T I Q N S . , • 1 - Appareil de traitement des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne contenant des oxydes d'azote, du 5 monoxyde de carbone, des hydrocarbures et du plomb qui comprend un dispositif pour la réduction catalytique des oxydes d'azote en présence d'oxyde de carbone contenu dans les gaz d'échappement, incluant des moyens d'entrée pour recevoir les gaz d'échappement et des moyens de sortie ; un dispositif d'oxydation des hydro- 10 carbures et de l'oxyde de carbone des gaz d'échappement incluant des moyens d'entrée communiquant avec les moyens de sortie du dispositif de réduction catalytique ; des moyens pour admettre de l'air, des moyens d'allumage et des moyens de sortie ; et un dispositif pour chauffer le catalyseur disposé dans ledit 15 dispositif de réduction et qui communique avec les moyens de sortie dudit dispositif d'oxydation. 2 - Appareil selon la revendication 1 dans lequel le dispositif d'oxydation des gaz d'échappement comporte, en outre, des moyens pour incorporer un carburant dans l'air devant être 20 brûlé. 3 - Appareil selon la revendication 2 dans lequel le dispositif d'oxydation des gaz d'échappement comporte,' en outre, des moyens pour détecter la température des gaz d'échappement dans le dispositif d'oxydation et pour commander sélectivement 25 l'admission du carburant dans ce dispositif d'oxydation en réponse à ladite température. 4 - Appareil selon la revendication 3 dans lequel le dispositif d'oxydation des gaz d'échappement comporte, en outre, des seconds moyens pour commander l'admission d'un car- 30 burant en réponse à l'admission d'air dans ce dispositif d'oxydation. 5 - Appareil selon la revendication 4 dans lequel les moyens de détection de la température et de commande dradmission du carburant admettent ce dernier quand la tempéra- 35 ture des gaz d'échappement est inférieure à environ 750°C dans ledit dispositif d'oxydation. 6 - Appareil de traitement des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne contenant des oxydes d'azote, de 69-13173 !©- 2006938 l'oxyde de carbone, des hydrocarbures et" du plomb qui comprend un dispositif d'oxydation des hydrocarbures et du monoxyde de carbone des gaz d'échappement incluant des moyens pour admettre de l'air, des moyens d'allumage, des moyens pour introduire un 5 carburant dans l'air admis aux fins de combustion et des.moyens pour détecter la température des gaz d'échappement dans ledit dispositif d'oxydation et pour commander sélectivement l'admission d'un carburant dans ce dispositif d'oxydation en réponse à ladite température. 10 7 - Appareil selon la revendication 6 qui comporte, en outre, des moyens de sécurité pour empêcher l'admission des gaz d'échappement dans ledit appareil quand leur température dépasse un certain seuil, incluant ; une soupape ayant une entrée communiquant avec le collecteur d'échappement du moteur ; une première 15 sortie communiquant avec l'appareil de traitement ; et une seconde sortie débouchant dans l'atmosphère ; un organe de com-, mande pour ladite soupape afin d'ouvrir l'une desdites sorties en fermant en même temps l'autre ; et des moyens pour actionner sélectivement ledit dispositif de commande en réponse à la 20 température des gaz d'échappement dans ledit dispositif d'oxydation. 8 - Appareil selon la revendication J dans lequel les moyens d'admission d'air dans le dispositif d'oxydation comprennent un turbo—compresseur, un conduit d'air comprimé reliant 25 ce turbo-compresseur au dispositif d'oxydation ; une soupape de sélection de vide ; un conduit de vide reliant le collecteur d'admission du moteur et ladite soupape ; une source de vide auxiliaire ; un conduit de vide reliant cette source auxiliaire et ladite soupape j et un troisième conduit de vide reliant 30 ladite soupapë et ladite turbine, ce. qui fait que ledit turbocompresseur est entraîné par la source de vide du collecteur d'admission dû moteur ou par la source de vide auxiliaire, selon que l'une ou l'autre a été choisie par la soupape de sélection. . 9 - Appareil selon les revendications précédentes dans 35 lequel le dispositif de réduction des oxydes d'azote comprend une enveloppe ayant une entrée et une sortie, ladite entrée communiquant avec le collecteur d'échappement du moteur ; et une zone de réduction contenant un certain nombre de tubes 69 13173 21 2006938- d'échange de chaleur supportés dans ladite enveloppe y un catalyseur supporté par lesdits tubes d'échange de chaleur afin de faciliter la réduction des oxydes d'azote par l'oxyde de carbone contenus dans les gaz d'échappement, ce qui fait que lesdits .5 gaz d'échappement et ledit catalyseur sont chauffés par lesdits tubes d'échange de chaleur à une température suffisante pour entretenir effectivement la réduction et un dispositif d'oxydation de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures comprenant une enveloppe ayant une entrée et une sortie, ladite entrée commu-10 nlquant avec la sortie de l'enveloppe du dispositif de réduction des oxydes d'azote, cependant que ladite sortie communique avec lesdits tubes d'échange de chaleur afin de fournir des gaz oxydés chauds à ceux-ci, l'autre extrémité desdits tubes débouchant dans l'atmosphère et, une zone d'oxydation, des moyens 15 d'allumage, une alimentation de carburant, des soupapes pour commander l'admission d'un carburant dais ladite zone d'oxydation, des moyens pour fournir et pour admettre de l'air à ladite zone d'oxydation, un premier moyen commandant ladite soupape d'admission de carburant en réponse à la température régnant dans ladite 20 zone d'oxydation ; des seconds moyens pour commander la soupape d'admission de carburant en réponse à l'admission d'air dans ladite zone d'oxydation, ce qui fait que de l'air et du carburant sont brûlés dans cette zone d'oxydation quand les gaz d'échappement reçus du dispositif de réduction des oxydes 25 d'azote sont à une température insuffisante pour entretenir effectivement l'oxydation du monoxyde de carbone et les hydrocarbures des gaz d'échappement. 10 - Appareil selon les revendications précédentes dans lequel la source de vide auxiliaire comprend une tuyère 30 ayant une section convergente et une section divergente, tuyère qui est supportée par le carburateur du moteur et qui renferme une section de Venturi ayant une ouverture communiquant avec le second conduit de vide qui relie ladite source de vide auxiliaire à ladite soupape. 35 ' 11 - Un procédé pour" le traitement des gaz d'échap pement des moteurs à combustion interne, gaz qui contiennent des oxydes d'azote, de l'oxyde de carbone, des hydrocarbures et du plomb, qui consiste à faire passer les oxydes d'azote et 69 13173 22 2006938 l'oxyde de carbone contenus dans les gaz d'échappement au-dessus d'un catalyseur chauffé, ce qui a pour effet de réduire les oxydes d'azote en azote libre ; à mélanger les gaz d'échappement et de l'air ; à oxyder l'oxyde de carbone et les hydrocarbures contenus 5 dans le mélange de gaz d'échappement et d'air ; et à chauffer le catalyseur au moyen du mélange oxydé de gaz et d'air. 12 - Procédé de traitement des gaz d'échappement selon la revendication 11, dans lequel ledit catalyseur est chauffé, à l'occasion à une température d'au moins 750°C afin de 10 vaporiser les dépôts de plomb qui s'accumulent sur celui-ci pendant la réduction des oxydes d'azote.