Brevet FR2220686A1 — publié le 19741004

L'invention a pour objets un procédé et un dispositif pour réduire la teneur des produits polluants contenus dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Le "Cleaner Act" édicté par les autorités américaines en t969, ainsi que les lois en préparation en Europe concernant la lutte contre la pollution des véhicules à moteur obligent les @onstructeurs à prendre des mesures pour fabriquer des moteurs moins polluants.Il s'agit en particulier de réduire considéra liement la teneur de certains produits se formant lors de la com Vlustlon. Ces produits sont le mono-oxyde de carbone, les hydrocarbures imbrdlés et leurs dérivés, les oxydes d'azote et le plomb cb ses dérivés Pour réduire la teneur en plomb convenue dans les gaz d'échappement, il suffit d'en abaisser le pourcentage contenus dans le carburant mis en vente sur le marché Ce problème concerne donc les producteurs de benzine. Par contre la réduction des mono- oxydes de carbone, des hydrocarbures imbrûlés et des oxydes diezo- te est un problème qui doit être résolu au niveau des constructeu@s de véhicules ou de moteurs. Certains dispositifs ont déjà été étudiés dans ce but. Les grands producteurs d'automobiles américains ont développé un catalyseur traitant les gaz d'échappement et éliminant les trois produits toxiques mentionnés plus haut. Ce catalyseur est cepen aant une installation assez volumineuse et assez chère. D'autre part, elle consomme une partie de la puissance du moteur. Un tel catalyseur peut donc être monté sur de grosses voitures, telles que les voitures américaines équipées d'un moteur de 4 à 7 litres, mais il est impensable de les utiliser pour équiper les petites voitures européennes. En Europe, certains essais ont été effectués et des solutions, qui sont en général des solutions très simples et peu coûteuses, ont été trouvées. Une de ces solutions consiste à réintroduire dans le circuit d'alimentation une partie des gaz d'échappement, de manière à éviter une trop-grande quantité d'hydrocarbures imbrûlés. Cette solution a été proposée par Peugeot. Une autre solution consiste à traiter les gaz d'échappement à leur sortie. Cette solution est très simple et permet d'éliminer seulement une partie des mono-oxydes de carbone. Cette solution a été proposée par Volvo. Cependant, tout ce qui est connu actuellement sur le marché ne permet certainement pas de répondre aux prescriptions du "Cleaner Act" édicté par les Américains en 1969. Le but de l'invention est d'apporter une solution qui permette de réduire la proportion des produits polluants contenus dans les gaz d'échappement de manière à répondre aux exigences impératives formulées par exemple par les Américains pour 1975. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu on enrichit le mélange comburant-carburant en y ajoutant de l'ozone dans une proportion atteignant au moins 200 mg d'ozone pour mille litres de mélange. Le procédé selon l'invention a donc pour objet le traitement du mélange comburant-carburant, de manière à éviter a formation des produits toxiques tels que le mono-oxyde de carbone. et les oxydes d'azote. Dans un mode d'exécution préféré du procédé, on ajoute encore au mélange un produit chimique susceptible de se combiner avec les oxydes d'azote produits lors de la combustion pour former un produit de remplacement non toxique. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, est caractérisé en ce qu'il comprend un bottier contenant un filtre à air relié aux tubulures d'admission du moteur, un générateur d'ozone étant placé dans le tube d'arrivée d'air frais alimentant le bottier. Le dessin annexé représente un mode d'exécution du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l t invention. La figure î est une coupe en plan à travers le dispositif, et la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1. Le dispositif représenté dans les figures i et 2 du dessin est destiné à être monté suer le carburateur d'un moteur à explosion à la place du filtre à air monté à cet endroit sur presque tous les véhicules actuels. Il est évident que le dispositif n'est pas limité à une utilisation avec un moteur à carburateur. Dans le cas d'un moteur à injection, le dispositif serait relié aux tubulures d'admission du comburant. Le dispositif comprend un bottier extérieur 1, dans lequel est monté un tube d'entrée d'air frais 2, ee tube se terminant par une paroi intérieure 3 formant un divergent venant entourer un filtre à air 4. Le fond du bottier 1 est fixé sur l'en- trée 5 d'un carburateur non représenté dans le dessin. Le fond du bottier 1 présente un alésage 6 permettant de faire communiquer l'intérieur du bottier avec le carburateur. Au-dessus de cet alésage 6 est fixée une grille de protection semi-sphérique 7. Le fond du bottier 1 est muni d'un deuxième alésage 8 communiquant avec un tube 9, ce tube 9 étant destiné à être relié à la conduite de sortie des gaz d'échappement du moteur ou à la sortie du pot d'échappement, afin de pouvoir réinjecter les hydrocarbures imbrAlés après la combustion.La partie supérieure du bottier 1 est fermée au moyen d'un couvercle 10 et d'un joint il. Dans le tube 2 d'amenée d'air frais est placée une lampe à ozone 12 reliée d'une part à la masse au moyen de la bride 13 et d'autre part à un oscillateur 14 alimentant la lampe en haute tension. Un filtre anti-parasite 15 est également monté dans le boîtier et est relié à la borne positive de la batterie par un fil i6 et à la masse par un fil 17. L'entrée du tube 2 d'amenée d'air est munie d'un grillage 18 pour éviter que des particules solides ne pénètrent dans le tube 2 et détériorent la lampe à ozone 12. Un injecteur 19 est encore placé dans le fond du bottier 1 et permet l'introduction de produits liquides pulvérisés en aérosols par la succion dépressionnaire existant à l'intérieur du boîtier 1. L'injecteur 19 est un simple tuyau traversant le bottier et terminé par un gicleur, une mèche 20 étant placée à l'intérieur du gicleur. Le tube 2 et les parties interieures 3 du bottier présentent des alésages 20 permettant à l'air frais entrant dans le tube 2 de venir refroidir l'oscillateur 14 et le filtre antiparasite 15 avant de traverser le filtre 4 pour rentrer dans le circuit d'alimentation en air du moteur. Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne comme suit: L'oscillateur 14 est branché à la borne positive de la batteroe et fournit un courant alternatif sous une tension de 7 à 10.000 volts. La fréquence du courant alternatif est choisie évidemment en fonction de la lampe à ozone de manière à donner une ionisation optimum. Pour des lampes courantes, cette fréquence est d'environ 100 périodes par seconde. Lorsque la lampe est alimentée par l'oscillateur, elle transforme une bonne partie des molécules d'O contenu dans l'air en molécules d'O2 et une partie des molécules d'O2 en molécules d'O . Cet oxygène et cet ozone produit par la lampe 12 est en 3. tratné par l'air pénétrant dans le tube 2 et aspiré dans le carburateur à travers le filtre 4. La lampe d'ozone est choisie de manière à produire entre 200 et 500 mg d'ozone pur pour un débit de mille litres d'air, le moteur étant un moteur de 1000 cm3 environ et tournant à 1000 tours/minute. L'injecteur 19 est relié à un réservoir contenant un liquide qui a pour but de se combiner avec les oxydes d'azote se formant lors de la combustion pour transformer ces oxydes d'azote en produits non toxiques, par exemple des produits tels que N2O ou N2O5. L'injecteur 19 est calibré en fonction du débit à obtenir, débit dépendant de la nature du liquide injecté, du diamètre de l'injecteur, de la mèche 20, etc. 1'air aspiré à travers le tube 2 et le filtre 4 est donc d'une part enrichi en molécules d oxygène et en molécules d'ozone, et d'autre part contient un produit vaporisé à 11 aide de l'injecteur 19. Comme exemple de liquide pulvérisé par l'injecteur, on peut citer le perchlorate de chaux. L'enrichissement de l'air en ozone et l'adjonction de perchlorate de chaux a pour but de transformer lors de la combustion 1. les oxydes de carbone CO en gaz carbonique C02, 2. les oxydes d'azote toxiques tels que NO, N02 (N02)2 en produits de remplacement non toxiques. On comprend aisément qu'un enrichissement en oxygène et en ozone permette de réduire considérablement la production du mono-oxyde de carbone lors de la combustion. Le perchlorate de chaux a pour fonction de se recombiner avec les mono-oxydes d'azote en présence de l'excès de molécules d'oxygène fournies par le générateur d'ozone pour donner des perchlorates d'azote anhydres, des N205, etc. Le dispositif qui vient d'être décrit a été monté sur une Renault R5 TL et des tests ont été effectués avec et sans dispositif. Ces tests ont donné les résultats suivants Sans dispositif, on a mesuré à la sortie du moteur, le moteur tournant à 4200 tours en quatrième, 2,27% de mono-oxyde de carbone et 1,6% d'oxydes d'azote toxiques (NO, N02, N2O3). Avec le dispositif, le taux de mono-oxyde de carbone a été abaissé à 0,45% et le tas en odes d'azote à 0,25%. Lors d ces tests, l'injecteur 19 était alimenté avec du perchlorate de chaux. A la place du perchlorate de chaux il est possible d'alimenter l'injecteur avec de l'eau oxygénée (H2O2), Cet additif donne de très bons résultats, car les oxydes d'azote toxiques sont transformés en produits non toxiques. Nous ne pensons cependant pas que l'eau oxygénée soit un bon choix car ce produit est susceptible de détériorer les soupapes d'admission du moteur D'autres liquides peuvent naturellement être utilisés pour entrer en combinaison avec les oxydes d'azote toriques se produisant lors de la combustion.Le choix de ces liquides est, à notre avis, un problème purement chimique ne faisant pas partie de l'invention qui ve d'être décrite. La seule condition qui doit être remplie lors du choix du liquide additif, mis à part fie fait qu'il doit pouvoir se combiner avec les oxydes d'azote, réside dans le fait que ce liquide ne doit détériorer aucune pièce et partie du moteur Le dispositif qui vient d'être décrit peut être utilisé avec un pot d'échappement récupérateur des suies et des hydrocarbures imbrûlés. D'autre part, le fait que la lampe à ozone enrichisse l'air entrant dans le tube 2 en oxygène et en ozone permet de récupérer une bonne partie des gaz d'échappement pour les réintroduire dans le circuit de combustion par l'intermédiaire du tuyau 9 et ainsi de brûler plus complètement les particules non brûlées lors de la première combustion. Des essais ont montré que l'on peut facilement réintroduire plus de 50% des gaz d'échappement sortant du moteur. Un dispositif tel que celui qui vient d'etre décrit a l'avantage de pouvoir remplacer un filtre à air ordinaire sans aucune modification s 1e moteur. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réduire la teneur des produits polluants contenus dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion in terne, caractérisé en ce qu'on enrichit le mélange comburant-car burant en y ajoutant de l'ozone dans une proportion atteignant au moins 200 mg pour mille litres de mélange. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute de 200 à 500 mg d'ozone pour 1000 litres de mélange. 5. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on ajoute au mélange un produit chimique susceptible de se com biner avec les oxydes d'azote produits lors de la combustion pour former un produit de remplacement non toxique. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le produit chimique est un liquide pulvérisé par la succion dépressionnaire du comburant dans les tubulures d'admission. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le produit chimique est de l'eau oxygénée. o. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le produit chimique est du perchlorate de chaux. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on reprend une partie des gaz d'échappement pour les réintro duire dans le comburant. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon quelconque l'une/des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu il comprend un bottier contenant un filtre à air relié aux tubulures d'admission du moteur, un générateur d'ozone étant placé dans le tube d'arri vée d'air frais alimentant le boltier. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un oscillateur alimente le générateur d'ozone, lloscilla- teur étant placé dans le bottier de manière à être refroidi par l'arrivée d'air frais. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un injecteur de produit chimique est disposé dans le boîtier après le filtre à air. 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'injecteur est un pulvérisateur de liquide calibré en fonction du débit à obtenir. 12. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le boîtier comprend une tubulure supplémentaire agencée pour être branchée à une déviation de la tubulure d'échappement.