Brevet FR2196437A1 — publié le 19740315

L'invention a pour objet un dispositif anti-pollution pour moteur thermique à combustion interne. Il est connu depuis longtemps que les gaz d'échappement de tous les véhicules à moteur contribuent d'une manière consiérable à la pollution de ltenzironnement. Différentes solutions ont été proposées pour débarrasser les gaz d'échappement des moteurs thermiques à combustion interne des substances toxiques qu'ils comprennent, cependant aucun des dispositifs connus ne donne des résultats satisfaisants.Les gaz d'échappement des moteurs thermiques à combustion interne comprennent les composants suivants: - oxyde d'azote 1000 à 4000 ppm - C 2 6 à 15% en volume - H20 9 à 12% en volume - O2 0,1 à 2% en volume - CO 1 à 8% en volume - H2 0,1 à 1% en volume - Hydrocarbures 100 à 500 ppm - Pb 60 mg/m3 - 3,4-benzopyrène 0,001 à 0,01 mg/m3 Le bioxyde de carbone (C02), l'eau (H20), oxygène (0p; l'hydrogène (H2) ne sont pas des produits toxiques, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de les éliminer. Cela serait d'ailleurs pratiquement impossible car ce sont des produits naturels de la combustion. Le plomb et le benzopyrène sont des produits inhérents aux carburants et il est également impossible de les éliminer à moins de les combiner à d'autres produits et de les recueillir. De ces deux produits, seul le plomb est un produit toxique et il suffit de réduire son pourcentage dans les carburants. Ceci est cependant un problème qui doit être traité par les producteurs de carburants. De la liste des produits cités plus haut, il reste donc comme produits toxiques à éliminer les oxydes d'azote, le monooxyde de carbone (CO) et les hydrocarbures. Le but de la présente invention est de proposer un dispo sitif permettant d'abaisseur considérablement la teneur des oxydes d'azote et du CO et d'éliminer complètement la présence des hydrocarbures, c1est-à-dire des suies en les récupérant. Pour éliminer le mono-oxyde de carbone, il est nécessaire d'améliorer la combustion. En ce qui concerne les oxydes d'azote, on a remarqué que ceux-ci prenaient naissance lors d'une étincelle électrique importante dans un milieu à pression élevée. Pour éliminer les oxydes d'azote, il est donc nécessaire d'abaisser la compression du moteur. Des études ont déjà été entreprises dans ce domaine et on a remarqué qu'avec une compression de 8,5, la teneur en oxydes d'azote dans les gaz de combustion était sensiblement réduite. En ce qui concerne les hydrocarbures, c'est-à-dire les suies, il n'est plus pensable de les répandre simplement dans l'atmosphère. Il faudra donc les récupérer. Le dispositif anti-pollution pour moteur thermique à combustion interne faisant l'objet de la présente invention a donc pour but d'améliorer la carburation afin d'éliminer le mono-oxyde de carbone et les oxydes d'azote et de recueillir les hydrocarbures de manière à ne pas les répandre dans l'atmosphère. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un compresseur à deux étages, l'un des étages du compresseur étant intercalé dans le circuit d'alimentation en air du moteur, l'autre etage étant relié avec une entrée secondaire d'un pot d'échappement présentant une chambre de récupération, cette entrée secondaire étant agencée pour amener l'air du compresseur de manière à créer une centrifugation des hydrocarbures brtlés arrivant dans le pot et les déposer dans la chambre de récupération. Dans un mode d'exécution préféré, le dispositif comprend une chambre d'ozonisation, ainsi qu'une chambre ultra-sonique, ces deux chambres étant placées dans le circuit d'alimentation en air du moteur et permettant d'améliorer la combustion interne du moteur. Dans un autre moe d'exécution, un gicleur alimenté en eau oxygénée est placé dans le circuit d'alimentation du moteur. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode d'exécution du dispositif objet de l'invention. La figure 1 est une vue schématique du système d'ali mentation d'un moteur thermique à combustion interne alimenté par un carburateur, la figure 2 est une coupe d'une chambre d'ozonisation intercalée dans le circuit d'alimentation en air du moteur, les figures 3 et 4 représentent des vues de détail du compresseur représenté en 5 dans la figure l, les figures 5 et 6 représentent des coupes à travers un pot d'échappement présentant une entrée principale pour les gaz d'échappement et une entrée secondaire destinée à produire une centrifugation des particules contenues dans les gaz d'échappement, les figures 7 et 8 représentent une variante du pot d'échappement représenté dans les figures 5 et 6, la centrifugation des particules étant effectuée dans cette variante au moyen d'une turbine. Le moteur et le dispositif représentés dans la figure 1 est un moteur d'automobile avec carburateur et filtre à air. Le filtre à air 1, de type classique, filtre l'air ambiant 2 qui ressort en 3 par la tubulure 4. Cet air filtré arrive au centre d'un compresseur à deux étages 5 relié à un moteur électrique auto-synchrone 6 actionnant les deux turbines 7 et 8 du compresseur 5. L'alimentation en courant électrique de ce moteur autosynchrone 6 est réalisée au moyen de l'alternateur 9 équipant la voiture. Il est à noter ici que si l'alternateur d'origine n'a pas une puissance suffisante pour alimenter le moteur 6, il est nécessaire de le remplacer par un alternateur plus puissant qui, à bord de la voiture; aura deux fonctions qui sont la recharge de la batterie et l'alimentation de tous les accessoires de la voiture, et l'alimentation du moteur 6 du compresseur 5. Il est évident que l'on pourrait faire tourner le compresseur 5 non plus au moyen du moteur 6 et de l'alternateur 9, mais en reliant simplement ce compresseur à un système de courroies directement reliées au mouvement moteur, par exemple à la poulie du ventilateur et du système de refroidissement du moteur. Le compresseur à double étages qui reçoit l'air filtré l'éjecte par deux tubulures, la tubulure 10 reliée à l'étage 8 du compresseur 5 et la tubulure il reliée à l'étage 7 du compres- seur 5. L'air filtré et comprimé sortant du tube 10 est envoyez dans une chambre 12, qui est une chambre d'ozonisation que no@ décrirons en détail plus loin. Cette chambre d'ozonisation 1 alimentée en courant à haute tension (entre 5000 et 15000 vc par un transformateur 13 qui lui-même est alimenté en courant les vis platinées du delco de la voiture sur laquelle est mont le dispositif ou par un alternateur électronique alimenté en courant continu par la batterie de la voiture. Lorsqu'il s'agit d'alimenter un moteur de grosse c, drée ou un moteur diesel, il peut être nécessaire d'enrichir filtré comprimé en molécules d'oxygène supplémentaires, le nu de molécules d'oxygène créées dans la chambre d'ozonisation n'étant pas suffisant. Dans ce cas, le dispositif comporte u éjecteur 14 apportant de l'eau oxygénée industrielle (H202) > venant d'un réservoir 15. L'air filtré, comprimé et enrichi molécules d'oxygène et en particules d'hydrogène contenues dans l'eau oxygénée sortant de la chambre d'ozonisation 12 est envu, homogénéisé dans une chambre ultra-sonique 16 alimentée au maire d'un transformateur 13 par le générateur à haute fréquence 17.Une tubulure 18 conduit cet air depuis la sortie de la ch. - bre ultra-sonique 16 dans le ou les venturis du ou des carbura- teurs de la voiture, puis au moteur. Il est évident que dans le cas d'un moteur à injec@ion ou d'un moteur diesel, le dispositif d'alimentation en air qui vient d'etre décrit ne change pas et la tubulure 18 conduil- l'air directement dans les chambres de combustion, le carbet étant injecté séparément. Le dispositif décrit ne subit do aucun changement de principe lorsqu'il est utilisé avec un @ teur à injection ou un moteur diesel. Dans le cas du moteur classique à carburateur décr dans la figure 1, comme dans le cas d'un moteur diesel ou d teur à injection, il est prévu une tubulure 18a permettant aX a peurs d'huile nocives émises par le moteur de se mélanger à air filtré et enrichi pour rentrer en combustion. La combustion se fait ainsi d'une manière pratiquement parfaite, c'est-à-dire que: 1. Par excès de molécules d'oxygène, les mono-oxydes de carbone sont transformés en bioxyde de carbone, 2. les hydrocarbures non brûlés n'existent pratiquement plus, 3. la qualité de la combustion devient telle que - dans le cas d'un moteur diesel avec addition d'eau oxygénée - la produc tion de carbone à l'état micronisé et de dérivés sulfureux est réduite d'environ 60%. Avec le dispositif représenté dans la figure i, on a constaté que la qualité de la combustion augmente de 5 à 7% le rendement thermique du moteur et que la corrosion interne des éléments touchant la chambre de combustion, tel que soupape, tête de piston, etc. est considérablement réduite. Les gaz d'échappement provenant de la combustion arrivent en 19 dans un pot de détente primaire d'une construction particulière et qui sera décrit en détail plus loin. L'air comprimé sortant de l'étage 7 du compresseur 5 est amené au moyen d'une tubulure ll dans le pot primaire 20. Le flux d'air comprimé parcourant la tubulure 11 peut être équilibré avec le flux d'air comprimé parcourant la tubulure 10 par une vanne lia reliant la tubulure il à la chambre d'ozonisation 12. L'air arrivant au pot 20 entre tangentiellement dans ce pot 20 et selon deux variantes que nous verrons en détail dans les figures 5J 6 et 7,8 est mis en rotation de manière à ce que le mélange air frais-gaz d'échappement soit débarrassé des aérosols, des liquides micronisés et des éléments en suspension. Ces particules Ront récupérées dans le réservoir 21. Le pot primaire 20 par sa conception est destiné à créer un phénomène de dilution, c'est-à-dire une détente des gaz d'échappement dans un gaz thorique refroidi et un mélange avant l'éjec- tion des gaz d'échappement. Ce pot permet ainsi par ce phénomène de dilution de diminuer le niveau sonore d'environ 50 de plus qu'un pot de détente primaire ordinairement employé. De plus, ce pot crée de par sa construction une succion permanente dans le collecteur d'échappement du moteur, ce qui facilite une vidange très rapide des chambres de combustion. Enfin, cet air mélangé aux gaz d'échappement et refroidi peut être envoyé par le tube 22 à d'autres pots d'échappement antibruit comme dans tous les systé mes classiques. Deux variantes de ce pot d'échappement 20 seront décrites en détail plus loin. Dans la figure 2, on a représenté en détail la chambre d'ozonisation 12. Cette chambre 12 qui est une chambre étanche reçoit par le tube 10 les gaz filtrés et éventuellement enrichis en H202 selon la flèche 23. Cet air vient lécher dans le tube 1o terminé par-ltogive 24 un générateur d'ozone 25 constitué d'une électrode placée sous vide et d'une grille extérieure, le tout étant alimenté en haute tension comme mentionné plus haut. De multiples arcs électriques traversent l'air s'écoulant à l'intérieur de l'ogive 24 et, selon le principe bien connu de la production d'ozone par décharge électrique dans l'air, ce dernier se charge en molécules d'oxygène supplémentaires.Une ogive 26 supérieure à la précédente enserre le tout pour expédier ce mélange enrichi selon la flèche 27 vers la chambre ultra-sonique d'homogénéisation 16. Le tube lia à la sortie duquel sont représentées deux flèches est un régulateur de débit entre les deux tubes 10 et il représentés dans la figure 1. A la suite de la chambre d'ozonisation représentée dans la figure 2, se trouve généralement la chambre ultra-sonique représentée en 16 dans la figure l, puis la tubulure d'entrée dans le carburateur ou dans les chambres à combustion s'il s'agit d'un moteur à injection. Cependant, dans le cas d'un moteur à carburateur, ce dernier peut être placé directement après la chambre d'ozonisation 12, la chambre ultra-sonique 16 étant placée après le carburateur et permettant ainsi d'homogénéiser non seulement les particules d'oxygène supiémentaires avec l'air comprimé, mais également le mélange comburant-carburant. Comme déjà dit en regard de la figure 1, le compresseur est constitué d'un moteur électrique auto-synchrone qui alimente les deux étages 7 et 8. Ces compresseurs sont du type centrifuge où l'air rentre par un tube 4 (Fig. 3) selon la flèche 3. Les aubes 28 éjectent l'air tangentiellement dans les deux tubes 10 et 11 non représentés dans la figure 3, comme l'indique la flèche 29 de la fIgure 4. Il nous reste maintenant à examiner le pot de détente représenté en 20 dans la figure l, lequel peut etre réalisé de deux m@@lbres différentes: l'une décrite dans les figures 5 et 6 qui reprécentent un premier mode d'exécution, et l'autre décrite dans lgures 7 et 8 qui représentent une variante. Dans le pot représenté dans les figures 5 et 6, l'air comprim@ venant par le cube 11 et provenant d'un étage du comprecseur dé@ouche dans une chambre convergente 30 comprenant des ailettes nélicoïdales 51. Le gaz d'échappement arrivent par le tube I selon le grand axe du pot et débouchent dans un éjecteur à ouverpure tangentielle 32 (Fig. 6) provoquant une éjection dans le même sens de rotation que celui de l'air comprimé arrivant par le tube 11.L'ensemble de ces deux gaz (air frais comprimé et gaz d'écnappement) est contraint ce tourner - grande vitesse dans e sens de rotation indiqué sur la figure 5 par les flèches W et, ainsi mis en rotation, débouche sur un cône 54 qui brise ces gaz et éjecte par centrifugation les particules en suspension comme représenté en 35 à travers l'arrivée 56 dans une chambre 9 récu@ération 21 qui elle-meme comporte une ouverture 57 pour évacuer environ tous les 5000 km les matières ainsi récupérées. Les gaz ainsi débarrassés de tout ce qu'ils contenaient en sus pension contournent le cône après avoir été ralentis par l'effet de celui-ci pour revenir dans le tube 22, selon le circuit indi qué par la flàche 8 et sont dirigée vers un tube ae sortie selon la flèche 59 pour aller soit vers l'extérieur soit vers un deuxième pot de détente. Dans ia variante représentée dans les figures 7 et 8, la centrifugation des gaz n'est plus obtenue par des moyens ané- mométriques, mais par des moyens mécaniques, c'est-à-dire par une turbine. Le pot d'échappement représenté dans ces figures 7 et 8 est constitué d'un cylindre 40 qui reçoit par le tube li les ,az frais comprimés et par le tube 19 les gaz d'échappement. Les gaz frais arrivant par le tube 11 débouchent sur une turbine 41 qu'ils mettent en rotation par effet tangentiel, rotation à grande vitesce qui entraîne un axe 42 portant lui-même une tur@ine tangentielle a aube 43. Les gaz d'échappement arrivant par le tube 19 sont contraints par la succion de cette dernière turbine 43 à rentrer au centre selon les fl-cnes 44 et à être éjectés vers @' extrleur ei@n les flèches 45. Ces gaz éjectés étant en rotation rapide, viennent se briser sur les aubes 46 et perdent leurs particules en suspension 47 qui, par le cône 48, sont récupérées en 49 dans une cnamrre similaire à celle que nouc avons déjà décrite dans le pot représenté dans les figures 5 et , et qui comporte une porte de récupération 50.Il est à préciser que le cone 51 aide les gaz être éjectés extérieurement en plus de l'effet produit par la turbine. Ceux-ci, après avoir perdu les éléments en suspension. sortent par les trois tubes 52 (Fig. 7). Ce nombre de trois tubes n'est pas limitatif et il peut être plus grand ou la sortie peut être réalisée au moyen d'une couronne circulaire. Etant donné que dans le pot représenté dans les figures 5 et ó ainsi que dans la variante des figures 7 et 8, il y a adjonction d'air frais, et récupération des particules en suspension, il est possible de réutiliser une partie des gaz d'échappement sortant de ce pot pour les renvoyer dans le circuit d'alimentation du moteur. Des essais ont montré que plus de la moitié des gaz d'échappement sortant du pot peuvent ainsi être renvoyés dans le moteur. Le dispositif qui vient d'être décrit a deux fonctions, qui sont les suivantes: a) améliorer la carburation grâce à la chambre d'ozonisation, à la chambre ultra-sonique et éventuellement grâce à l'adjonction d'H202, de manière à débarrasser les gaz d'échappement de leurs produits toxiques, en particulier du mono-oxyde de carbone, b) de récupérer les hydrocarbures brûlés, les aérosols, etc. dans une chambre de récupération au lieu de les rejeter dans l'atmosphère. Les gaz résiduels sont de cette manière débarrassés d'une part de 80k de tous les éléments en suspension qu'il y a dans les gaz d'échappement normaux, et d'autre part, ils ne comportent pratiquement plus d'oxyde de carbone ni d'hydrocarbures non brûlés. D'autre part, l'amélioration de la carburation créée par le dispositif, ainsi que la succion opérée par le pot d'échappement - succion selon laquelle les chambres de combustion sont vidées - permettent d'obtenir un bien meilleur rendement thermique du moteur (de 5 à 10%). On a constaté sur un moteur Renault de 1000 cm une augmentation de puissance de 7% et une diminution de 1 température d'ruile de 90C.Le dispositif qui vient d'être décrit ne diminue done aucunement la puissance du moteur, mais au @ontraire permet de l'augmenter dans des limites raisonnables. D'ns ces conditions, il est sans autre possible de diminucr la compression du moteur de maniere éviter la formation des oxydes d'azote qui sont des gaz très toxiques pour l'homme. Dan les essais qui ont été faits sur le moteur Renault mentionné plus haut, la compression du moteur a été abaissée d'environ 9%, ce qui a permis d'éliminer complètement les oxydes d'azote tout en ayant à la sortie du moteur une puissance équivalente à celle du moteur d'origine. Finalement, le nouveau pot d'échappement présenté dans les figures 5, ou 7,8 réduit considérablement le bruit à la sortie du moteur. Le moteur Renault ayant servi de base aux tests qui ont été effectués par la titulaire, n a été équipé que du seul pot d'échappement représenté dans les figures 5 et 6 et le bruit mesure la la sortie de ce pot était plus faible que celui mesuré à la sortie du système d'origine constitué de deux pots. Cette diminution de bruit est due l'effet de dilution obtenu dans ce pot d'é happement. REVENDICATIONS 1. Dispositif anti-pollution pour moteur thermique à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un compresseur présentant deux sorties intercalé dans le circuit d'alimentation en air du moeur, l'une des sorties étant agencée pour alimenter en air comprimé les chambres à combustion du moteur, l'autre sortie étant reliée à une entrée d'air frais d'un pot d'échappement présentant une chambre de récupération des hydrocarbures en suspension, cette entrée étant agencée pour amener l'air du compresseur de manière à créer une centrifugation des hydrocarbures des gaz d'échappement arrivant dans le pot par une de wi- eme entrée et les déposer dans la chambre de récupération. 2. Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce qu'une chambre d'ozonisation est intercalée dans l'alimentation en air du moteur, à la sortie du compresseur. 3. Dispositif selon la revendicatIon 1, caractérisé en ce qu une buse d'adjonction d'eau oxygénée (H202) est placée dans le circuit d t alimentation du moteur. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une chambre ultra-sonique est placée dans le circuit d'ali- mentation en air du moteur, après la chambre d'ozonisation. 5. Dispositif pour moteur à carburateur selon la reven dication 4, caractérisé en ce que la chambre ultra-sonique est placée entre le carburateur et les tubulures d'admission. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compresseur est un compresseur à deux étages, l'un des étages alimentant en air le moteur, l'autre le pot d'échappement. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pot d'échappement se présente sous la forme d'un cylindre, l'entrée des gaz d'échappem@nt étant placée sur l'a::e du dit cylindre et l'entrée d'air frais étant placée tangentiellement au cylindre, qui présente sur son pourtour intérieur des aubes héli cotidales pour créer une circulation de l'air frais à l'intérieur du dit cylindre, le mélanger aux gaz d'échappement et recueillir par centrifugation les particules en suspension dans une chambre de récupération placée à la sortie du cylindre. 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un @ô@e agencé pour brizer le chemin parcouru par les gaz est pi e ortie du cylindre, au-dessus de la chambre de récupération. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la ortie des -a d'échappement dans le cylindre présente un éjecteur ouverture tangentielle provoquant une éjection dans le meme sens de rotation que l'air frais. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu une partie du pot portant les aubes hélicoidales va en s' amincissant. 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pot d'échappement se présente sous la forme d'un cylindre présentant à une de ses extrémités une entrée pour l'air frais et une entrée pour les gaz d'échappement, au moins l'entrée d'air frais étant placée tangentiellement au cylindre, au-dessus des ailettes d une turbine reliée par un axe à une turbine tangentielle à aubes placée à proximité de la sortie du pot, des aubes fixées sur le pourtour intérieur du cylindre étant destinées à briser le jet du mélange air frais-gaz d'échappement sortant de la turbine à aubes pour recueillir les particules en suspension dans la chambre de récupération placée en dessous des aubes du cylindre. l 12. Dispositif selon la revendication/, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour renvoyer une bonne partie des gaz d'échappement sortant du pot après centrifugation dans le circuit d'alimentation du moteur. 13. Pot d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend une entrée pour les gaz d'échappement et une entrée d'air frais, les deux entrées étant agencées de manière à obtenir une dilution des gaz d'échappement dans l'air frais et à créer une centrifugation des hydrocarbures contenus dans les gaz d'échappement pour les déposer dans une chambre de récupération.