Brevet FR2240352A1 — publié le 19750307

La présente invention est relative d'une part à un procédé t d'épuration des gaz et plus particulierement, bien que non exclu- sivement, des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, et d'autre part au dispositif destiné à la mise en oeuvre dudit procédé. On sait que les moteur à combustion interne, tels que ceux montés sur les véhicules routiers remettent des gaz nocifs conte nant entre autres de l'oxyde de carbone. En vue de lutter contre 14 pollution de l'air, on a déjà proposé un grand nombre d'appareils susceptibles d'épurer les gaz d'échappement des véhicules Les appareils actuellement connus ne donnent pas satisfaction | d'une manière générale du fait qu'ils sont soit trop coüteux, soit trop encombrants, soit - d'un rendement insuffisant. Les perfectionnements qui font l'objet de la présente inven tion -visent à remédier à ces inconvénients et à permettre la réa- lisation d'un- dispositif d'épuration des gaz d'échappement sutcep- tible de répondre particulièrement bien aux divers desiderata de i pratique. Suivant l'invention on imprime aux gaz un mouvement lonnaire circulaire susceptible de concentrer ceux présentant, des poids volumiques substantiellement différents dans des zones con- centriques, on introduit de l'air comburant, on injecte un carbu rant dans les gaz en cours de tourbillonnement et l'on enflamme le mélange obtenu. On sait que dans les gaz d'échappement se trouvent principalement de la vapeur d'eau, de l'oxyde de carbone et du gaz- caoni- que. dont les poids volumiques sont respectivement croissants. Le -mouvement tourbillonnaire a donc tendance à concentrer le gaz car- bonique à l'extérieur du flux et la vapeur d'eau au centre, tandis que 1 oxyde de carbone constitue un courant intermédiaire. Puisque c'est principalement l'oxyde de carbone qu'on désire faire dispa raître par combustion, on a donc tout intérêt à prévoir le dispo sitif d'inflammation des gaz dans la zone moyenne du flux tourbil- I lonnaire. Lorsqu'on applique un tel dispositif d'épuration à une auto mobile, on-se heurte à certaines-difficultés. En effet, par suite des récents décrets concernant la pollution, les constructeurs de voitures sont tenus de livrer des véhicules dont les gaz d'échappe- ment ne contiennent qu'un taux d'oxyde de carbone compris entre environ 2 et 4 % (ce dernier chiffre correspondant à la marche au ralenti). Un mélange gazeux ne contenant que 4 % d'oxyde de carbone est très difficilement inflammable de telle sorte que le dispositif suivant l'invention doit comprendre un système d'injetion de carburant pour que son fonctionnement soit satisfaisant. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et jles -avantages qu'elle est susceptible de procurer. f Fig. 1 est une coupe transversale d'un dispositif ration suivant l'invention. Fig. 2 en est une vue s-uivant-II-II (fig. 1). Fig. 3 est une vue semblable à celle de fig. 1, mais mon trant une variante d'exécution. Fig. 4 en est une coupe suivant IV-IV (fig. 3). Le dispositif 1 représenté en fig. 1 se place par exemple à la sortie du collecteur d'échappement 2 d'un moteur à combustion interne. Ce collecteur est relié à la tubulure d'entrée 3 du dispositif 1 par l'intermédiaire d'une trompe à air 4. Ce dispositif est réalisé sous la forme d1un corps que 5 par rapport auquel la tubulure 3 est orientée de manière approximativement tangentielle. Le corps 5 présente une épaisseur relativement faible, il est réalisé en une tôle d'acier inoxydable et ou réfractaire, et il est entouré par un revêtement calorifuge 6+ Comme montré en fig' 2 l'une des faces du corps S comporte en son -centre. une ouverture la à partir de laquelle part une canali- sation 7 qui débouche dans un pot d'échappement. Cette canalisation est également entourée par le revêtement 6. Dans le corps 5 est disposé un conduit 8 en frome de tore prévu en acier réfractaire présentant en section transversale une for- me carrée et realisé en tôle perforée, entoile métallique ou ana- logue. Le conduit 8 est fixé au corps au moyen de pattes 9. On entoure de préférence le conduit 8 d'un enroulement 10 de fil de @ui- vre pour des raisons qu'on expliquera plus loin. La face externe du corps 5 est percée pour livrer passage à une bougie 11 dont le culot se visse dans un ecrou 12 soudé à la périphérie du conduit de telle manière que les électrodes de la bougie se trouvent à l'intérieur de ce conduit. La bougie est placée de préférence au voisinage du débouché de la tubulure 3 dans le corps et en aval de celui-ci par rapport au sens du flux gazeux. Un Un tube 13 en provenance de la pompe à essence du moteur se termine par une partie 13a disposée axialement dans la tubulure 3 où son extrémité porte un gicleur 14. Une électro-vanne 15 est in sérée dans le tube 13 de manière à contrôler l'écoulement d'essence au niveau du gicleur 14. Cette électro-vanne n'est ouvarte par exem ple que lorsque la pédale d'accélérateur du. véhicule n'est pas ac- tionnée de manière que l'injection d'essence ne s'effectue pas en dehors du régime de ralenti du moiteur. r Dans le second mode d'exécution, montré en fig. 3 et 4, la bulure 3 est associée a-un corps 16 présentant en. profil en plan i --la forme générale d'une spirale et construit en tôle d'acier ino- | xydable et ou réfractaire.L'épaisseur de ce corps est prévus plus Importante que le diamètre de la tubulure 3. Entre lès deux. bases du corps 16 est disposée une cloison 17, réalisée en tôle perforée en toile métallique ou analogue présentant également en profil en plan la forme d'une spirale. Cette cloison est préférablement | réalisée en acier réfractaire. Son extrémité 17a la plus éloignée du centre est située-au niveau de la jonction de la face latérale du corps 16 et de la tubulure 3, c'est-à-dire que l'extrémité in térieure 3a de celle-ci se trouve à gauche de l'extrémité 17a con sidérée dans la représentation de fig 3.L'extrémité opposée 17b de la cloison 17 est disposée de manière a peu près symétrie à celle 17a par rapport à un plan radial passant par. l'extrémité térieure 3a de la tubulure 3. La distance séparant la paroi latérale du corps 16 de la cloison 17 va légèrement en diminuant au fur et à mesure qu'on s'éloigne de la tubulure 3. Lorsque le con duit en spirale formé par la cloison 17 redébouche à son origine, f il est partagé en deux parties A et B par la zone de la cloison 17 se trouvant au voisinage de son extrémité 17a.L'une des bases du corps 16 présente une ouverture centrale 18 ä partir de laquelle 1 part une canalisation 18 qui débouche dans le pot d'échappement dut véhicule. L'ouverture 18 peut éventuellement être fermée par une grille -20 qui détermine avec les cloisons 17 un compartiment dans lequél -on peut emmagasiner de la laine métallique 21. t Le gicleur 14 du tube d'amenée d'essence 13 est situé dans la partie A la plus à l'extérieur de la fin du débouché de la volu te, c'est-à-dire au niveau de l'extrémité 17a de la cloison 17, l'extrémité du tube 13 qui porte ce gicleur se trouvant orientée dans une direction parallèle à la tangente à l'extrémité 17a pré citée. Dans cette zone du corps 16, on a prévu des séparations parallèles 22 s'étendant transversalement par rapport à l'axe géo- métrique du corps 16. La bougie 11, placée en-dessous du gicleur 14 est associée au corps 16 au moyen d'un écrou 23. solidaire de ce dernier. Le fonctionnement découle des explications qui précèdent En. se référant à fig. 1 et 2, les gaz d'échappement provenant du collecteur 2 pénètrent dans la tubulure 3 en aspirant une certaine quantité d'air comburant au moment de leur passage dans la trompe a air 4. Lorsque-le mélange ainsi constitué arrive dans le conduit 8, la force centrifuge provoque une concentration des gaz, les plus lourds venant circuler contre la paroi extérieure de ce conduit, tandis que les plus légers constitués essentiellement par; de la vapeur d'eau circulent au niveau de la paroi intérieure dudit conduit. Quant à l'oxyde de carbone qu'on désire faire brûler, il se trouve comme- on l'a deja expliqué plus haut dans un courant intermédiaire.Si le moteur tourne au ralenti on prévoit d'envoyer de l'essence dans. le tube 13 à partir de la pompe d'alimentation de manière. qu'elle se vaporise à sa sortie du gicleur 14. L'électro- vanne. 15 arrête l'écoulement d'essence par tout moyen approprié à partir du moment où le régime du moteur augmente, par exemple au-dessus de 1 000 tours par minute. On peut plus simplement comme on l'a précisé plus haut, fermer la vanne 15 dès que l'accéléra- teur est actionné, au moyen d'un circuit électrique simple. La bougie 11 est insérée dans un circuit électrique a haute tension provenant du distributeur principal du moteur qui est alors prévu avec au moins un contact de plus que ceux nécessaires au fonctionnement du moteur On eut aussi prévoir un distributeur spécial entraîné par un.organe du moteur. f Les étincelles qui éclatent entre- les électrodes de la bougie enflamment le mélange constitué par l'oxyde de carbone, l'air como. burent et les vapeurs d'essence. L'enroulement 10 constitue volant thermique de manière à conserver le plus longtemps possible la chaleur dégagée par les gaz. d'échappement en vue de favoriser-leur combustion. Les gaz brûlés s'échappement ensuite par le centre du corps 1 en traversant la canalisation -7. Dans la représentation de fig. 3 et 4, ïe mélange constitué par les gaz d'échappement et l'air comburant efféctue pratiquement un tour complet dans le corps 16 avant d'être divisé en deux veines par l'extrémité 17a de la cloison 17 de telle manière que les gaz légers soient directement envoyés vers le centre en direction de la canalisat-ion 19 en parcourant la partie B du conduit en spirale tandis que les gaz lourds et l'oxyde de carbone sont recyclés passant dans la partie A dudit conduit. C'eSt d'ailleurs Mans cet- te partie que l'essence est injectée par le gicleur 14. Les gaz sont enflammés par la bougie il qui est alimentée com me on l'a décrit plus haut en référence à fig I et 2.. Les séparations 22 et la laine métallique 21 s'échauffent par suite de la température élevée des gaz d'échappement et constituen volant thermique en vue. de faciliter la combustion de @es gaz. on a ainsi réalisé de manière particulièrement simple et bon on marché un dispositif susceptible de brûler l'oxyde de carbone con tenu dans les gaz d'échappement des moteurs de véhicules princi- palement pendant leur fonctionnement à bas régime c'est-à-dire quand ils dégagent le plus dudit oxyde. En principe les gaz. ne s'enflamment plus quand le moteur tourne à des régimes supérieurs' - à 1 000 tours par minute mais comme alors le taux d'oxyde de carbone est peu élevé (2 % environ) les gaz d'échappement sont peu t polluants. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précè de n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nulle ment le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en rempla-, çant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé d'épuration des gaz, et notamment de ceux qui s'échappent d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il consiste à imprimer à ces gaz un mouvement tourbillonnaire grossièrement circulaire susceptible de concentrer les gaz dont les poids volumiques sont substantiellement différents dans das zones concentriques, à introduite de l'air comburant dans des gaz, à injecter un carturant dans le mélange gaz d'échappement-air comburant, et à enflammer la composé ainsi obtenu. 2. Dispositif destiné à la mise en ceuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un corps en forme générale de spirale dans lequel les gaz à épurer sont introduits tangentiellement de manière à créer un flux tourbill@nnaire, leur éjection s'effectuant de manière axiale, une trompe à air prévue sur la tubulure par laquelle arrivent les gaz à épur@@, des moyens d'injecter un carburant dans le flux tourbillonnaire, et d'autres moyens destinés à enflammer le mélange gazeux. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en @@ que l'injection de carburant ne s'effectue que lorsque le mo@e@@ tourne à bas régime. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en @@ que le carburant est amené au moyen de la pompe d'@limentatie @@ moteur, une électro-vanne insérée dans la canalisation d'a@on@e @@ ce carburant se fermant lorsque la pédale d'accélération est a@tionnée. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens destinés à enflammer le mélange }gazeus sont réalisés sous la forme d'une bougie convenablement alimentée en courant électrique. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour constituer un -solant thermique de manière a faciliter 1 inflammation des gaz, tandis qu'on prévoit en outre de le calorifuger. 7. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une cloison intérieure en for- me de spirale qui divise le flux en deux veines dont l'une est évacuée immédiatement, tandis que l'autre, dans laquelle s'effectue l'injection de carburant, est recyclée.