Brevet FR2246724A1 — publié le 19750502

La présente invention concerne un dispositif de traitement ultérieur des gaz d'échappement des machines à combustion interne, en particulier de celles à formation interne et autoallumage du mélange, comportant un catalyseur. On utilise les catalyseurs pour diminuer les impuretés dans les gaz d'échappement des machines à combustion interne. Dans ce domaine d'application, des difficultés surgissent, en particulier dans les machines à formation interne et autoallumage du mélange, du fait des températures trop faibles des gaz d'échappement de ces machines, lorsqu'elles ne travaillent pas à pleine charge, pour permettre l1 élimination des fumées et des substances nauséabondes contenues dans ces gaz. La présente invention a pour objet de développer un dispositif du genre précité permettant, moyennant une augmentation de chauffage économiquement acceptable, une élimination effective, même lorsque la machine ne travaille pas à pleine charge, de ces composants particulièrement désagréables des gaz d'échappement. Ce but est atteint, conformément à 11 invention, par un dispositif dans lequel on associe au catalyseur un régénérateur rotatif parcourant un-secteur d'afflux et un secteur de reflux, et dans lequel le catalyseur est disposé sur le parcours des gaz d'échappement entre les zones du régénérateur, traversées en sens opposés par lesdits gaz, associées respectivement au secteur d'afflux et au secteur de reflux. Cette disposition selon l'invention permet, du fait que le catalyseur a atteint sa température de travail, de maintenir cette température du simple fait que les pertes thermiques causées par le rendement du régénérateur sont compensées par un apport de chaleur approprié. Etant donné les rendements très élevés les régénérateurs, ceci signifie que, pour chauffer les gaz d'échappement à la température du catalyseur, il suffit, presque indépendamment de la température de travail nécessaire pour le catalyseur et indépendamment de la température des gaz d'échappement affluents de n'ajouter de l'extérieur qu'une faible fraction de la quantité de chaleur nécessaire pour le chauffage de ces gaz.Cette addition de chaleur peut, dans le cadre de l'invention, être réalisée par une addition de carburant aux gaz d'échappement ou en disposant une source de chaleur, telle qu'un serpentin électrique, dans le courant de gaz d'échappement. La chaleur se dégagera donc dans une zone précédant la zone chaude du régénérateur, avant le secteur de reflux. Dans le cadre de la solution selon l'invention, le catalyseur peut être disposé aussi bien fixe que rotatif. Dans la disposition rotative, il apparat opportun de le combiner avec le régénérateur. Si le réfrigérateur a la forme d'un tambour, il conviendra dans ce cas de donner également la forme d'un tambour au catalyseur et ce dernier pourra constituer la partie interne d'une unité en forme de tambour composée du régénérateur et du catalyseur. Dans une unité ainsi conformée, l'addition de chaleur s'effectuera opportunément dans 1' enceinte interne du tambour et ce, soit par addition de carburant, soit par une source de chaleur appropriée disposée dans cette enceinte. Une autre possibilité, dans le cadre de l'invention, pour une disposition rotative d'un régénérateur et d'un catalyseur consiste en ce que les deux parties auront la forme de disques disposés à l'intérieur d'un carter inverseur approprié. Une solution avantageuse conforme à l'invention consiste à disposer, à l'intérieur d'un régénérateur en forme de tambour, un catalyseur fixe en forme de disque. En cas d'emploi de catalyseurs fixes en particulier, ces derniers devront être, dans le cadre de la solution selon l'invention, des éléments en nid d'abeille. Mais on pourra en outre utiliser également, dans le cadre de l'invention, des particules indépendantes telles que des granules, celles-ci s'étant révélées particulièrement avantageuses en particulier dans le cas d'un catalyseur se déplaçant avec le régénérateur. L'invention est décrite ci-après plus en détail en se référant à quelques exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentéeauxdessins annexés dans lesquels - la Fig. 1 est une vue de côté d'une machine à combustion interne à pistons alternatifs, fonctionnant avec suralimentation et comportant un dispositif selon l'invention pour le trai-tement ultérieur des gaz d'échappement disposé dans l'écoulement de ces gaz en aval de la turbine du turbo-compresseur desdits gaz, - la Fig. 2 est une coupe longitudinale médiane du dispositif de traitement ultérieur des gaz d'échappement de la Fig. 1, - la Fig. 3 est une coupe selon la ligne III-III de la Fig. 2, - la Fig. 4 est une coupe semblable à celle de la Fig. 2, montrant un autre mode de réalisation dlun dispositif selon l'invention pour le traitement ultérieur des gaz d'échappement, - la Fig. 5 est une coupe, selon la ligne V-V, du dispositif de la Fig. 4, - la Fig. 6 montre, également en coupe longitudinale médiane, un trosième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention pour le traitement ultérieur des gaz d'échappement des machines à combustion interne, et - la Fig. 7 est une coupe, selon la ligne VIf-VII de la Fig. 6 du dispositif de cette Figure. La Fig. t représente une machine à combustion interne 1 à pistons alternatifs, travaillant avec formation interne du mélange et auto-allumage, dont les tubulures d'échappement débouchent dans un collecteur (non représenté) aboutissant à la turbine 2 d'un turbo-compresseur de gaz d'échappement 3. De la turbine 2, par laquelle le compresseur 4 est entratné, les gaz d'echappement parviennent au dispositif selon l'invention 5, servant à leur traitement ultérieur, avant de s'échapper à l'air libre, de façon non représentée, par un conduit d'échappement. Dans le modede réaiisation des Fig. 2 et 3, le dispositif 5 comprend un régénérateur 7 tournant autour d'un axe vertical et que vient frapper, dans le secteur d'afflux 8, le courant de gaz d'échappement provenantdela machine à combustion interne ou i Qla turbine 2 du turbo-compresseur qui la suit. A l'opposé du secteur d'afflux 8 se trouve le secteur de reflux 9 par lequel le gaz d'échappement parvient à la tubulure d'échappement non représentée après avoir traversé le régénérateur 7 et le catalyseur 10 disposé à l'intérieur de celui-ci. Dans le mode de réalisation représenté, le régénérateur 7 a la forme d'un tambour et est monté sur les paliers 11 et 12 disposés dans les éléments couvercles 13 et 14 du carter 15' d régénérateur. Dans l'exemple représenté, le régénérateur 7 est entrainé par un moteur électrique 15 bridé sur l'élément couvercle inférieur 13, mais il est évident que cet entrarnement pourra être assuré, dans le cadre de l'invention, par un entrat- nement dérivé de la machine à combustion interne ou par un en traitement hydraulique ou pneumatique. Le catalyseur 10 disposé dans le régénérateur 7 a également la forme d'un tambour et constitue la partie interne d'une unité 16 en forme de tambour, formée du régénérateur 7 et du catalyseur 10 et délimitant une enceinte 17 fermée en haut et en bas par des parois frontales 18 ou 19 auxquelles sont joints les tourillons d'arbre 20 et d'axe 21 par lesquels l'unité té 16 est guidée dans les paliers 11 et 12. De préférence, le tourillon d'axe 21 pourra être creux et servir au passage d'une spirale chauffanteou d'un organe analogue pouvant titre disposé, en tant que source de chaleur, à l'intérieur de l'enceinte 17 en forme de cylindre creux.Dans le dispositif décrit, conforme à l'invention, pour le traitement ultérieur des gaz d'échappement, ces derniers rencontrent le régénérateur 7 dans le secteur d'afflux 8 et le quittent dans le secteur de reflux 9. Le régénérateur, dont le coté chaud est situé à l'intérieur, capte donc la chaleur des gaz d'échappement et la restitue, après rotation du régénérateur dans la zone d'afflux 8, aux gaz affluents, dans la mesure où ceux-ci, comme c'est en particulier le cas dans le domaine de charge partielle pour les machines à auto-allumage, ont une température d'arrivée inférieure à la température de travail du régénérateur. Pour maintenir celle-ci, il suffira donc, du fait de l'action du régénérateur pendant le fonctionnement c'est-à-dire après qu'il aura été chauffé à une température de travail prédéterminée, d'une addition assez faible de chaleur, presque indépendamment de la température différentielle entre les gaz d'échappement affluents et.la température de travail du régénérateur, seules les pertes thermiques provenant du rendement du régénérateur 7 devant être compensées. La température de travail prédéterminée, accessible au démarrage soit par chauffage au moyen de la source de chaleur déjà mentionnée mais non représentée en détail, soit par injec- tion de carburant, ou déjà existante en passant du régime de pleine charge au régime de charge partielle du fait des températures élevées des gaz d'échappement dans le régime-de pleine charge, dépend des matériaux utilisés pour la construction du catalyseur 10 et de la température de travail à laquelle ce matériau permet un traitement satisfaisant des gaz d'échappement permettant l'élimination des particules de fumée et des substances nauséabondes. Le mode de réalisation du dispositif selon l'invention pour le traitement ultérieur des gaz d'échappement, représenté aux Fig. 4 et 5, correspond en apparence à la disposition et à la conformation du régénérateur et du carter qui le renferme représentés aux Fig. 2 et 3 et, pour cette raison, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes chiffres. Ce mode de réalization présente cependant une différence dans la conforma tion-du catalyseur 10a en forme de disque fixé à l'intérieur du régénérateur tournant 7, cette fixation étant assurée par une pièce rapportée 21a immobilisée par rapport au fond 14, comme le tourillon dtaxe 21. Dans ce mode de réalisation également, il apparaît opportun que la source de chaleur1 nécessaire pour le démarrage ou la compensation des pertes thermiques, soit disposée à l'intérieur de l'enceinte 17 entourée par la face chaude du régénérateur 7, ou que la combustion du carburant ajouté pour compenser ces pertes thermiques s'effectue dans cette enceinte. Dans l'exemple des Fig. 4 et 5, le chauffage s'effectue de préférence dans la chambre 22, essentiellement délimitée par le catalyseur 10, de l'enceinte 17, voisine du secteur d'afflux 8. Les Fig. 6 et 7 représentent un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention et, ici aussi, les éléments correspondants à ceux des deux exemples précédents portent les mêmes chiffres. Le régénérateur et le catalyseur, tous deux en forme de-disques portent, respectivement les chiffres 107 et 110. Dans ce mode de réalisation, le régénérateur 107 et le catalyseur 110 sont montés rotatifs autour d'un axe 1C6 situé dans le plan 123 dans lequel le carter 115 divise l'espace situé devant et derrière le régénérateur et le catalyseur formant une unité 117 en deux moitiés correspondant au secteur d'afflux 108 et au secteur d'efflux 109, communiquant seulement par un canal de dépassement 125, dans la zone arrière 124 du carter associée à la face chaude du régénérateur 107 ou du catalyseur 110. Les gaz sont donc guidés comme représenté par les flèches et l'apport de chaleur se produira, dans ce cas, d'une façon non représentée en détail, dans la zone arrière 124 du carter. En ce qui concerne les catalyseurs 10 ou 110, dans le mode de réalisation selon les Fig. 2 et 3, le catalyseur sera constitué, de préférence, par des granules, tandis rue dans les modes de réalisation selon les Fig. 4 et 5 ou 6 et 7 le support de catalyseur sera opportunément conformé en nid d'abeille. Dans tous les cas, l'échangeur de chaleur à régénération sera constitué, de préférence, par des couches de treillis métallique. REVENDICATIONS 7. Dispositif de traitement ultérieur des gaz d'échap- pement des machines à combustion interne, en particulier de celles à formation interne et auto-allumage du mélange, comportant un catalyseur, caractérisé en ce que le catalyseur est associé à un régénérateur rotatif parcourant un secteur d'afflux et un secteur de reflux, et en ce que leditcatalyseur est disposé dans le parcours des gaz d'échappement entre les zones du régénérateur, traversées en sens opposés par lesdits gaz, associées respectivement au secteur d'afflux et au secteur de reflux. 2.Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur est fixe. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur est rotatif. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le catalyseur et le régénérateur sont conjointement rotatifs. 5. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 4, caractérisé en ce que le régénérateur a la forme dtun tambour. 6,-Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le catalyseur fixe est disposé à l'intérieur du régénérateur en forme de tambour. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que -le catalyseur fixe a la forme d'un disque. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le catalyseur fixe a la forme d'un tambour. 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que aans un régénérateur en forme de tambour, le catalyseur rotatif a également la forme d'un tambour. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le catalyseur constitue la partie interne d'une unité composée d'un catalyseur et d'un régénérateur. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le régénérateur a la forme d'un disque. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'un catalyseur en forme de disque est associé au régénérateur en forme de disque. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le régénérateur et le catalyseur sont réunis en une même unité. 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 rai3, caractérisé en ce que le catalyseur est constitué par un granulat. 15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le catalyseur est constitué par une structure en nid d'abeille. 16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le régénérate r est constitué par un treillis métallique. 17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le régénérateur est constitué par une structure en nid d'abeille. 18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce qu'une source de chaleur est prévue pour élever la température du catalyseur.