Brevet FR2447461A1 — publié le 19800822

L'invention concerne un dispositif destiné à améliorer le fonctionnement des systèmes catalytiques antipollueurs lorsque l'on utilise de l'essence contenant du plomb, Ci laquelle ont participé Messieurs Jean Paul COURTOIS et Jean Louis BARNABE. La plupart des dispositifs catalytiques connus jusqu'3 présent et contenant du platine et du palladium déposés sur alumine, ne fonctionnent correctement qu'avec de l'essence exempte de plomb. On sait en effet que les additifs organiques contenant du plomb alcoyle, par exemple du tétraméthyl ou tétrathyl plomb, qui sont utilisés à des teneurs ne dépassant pas 0,65g/l comme antidétonnants destinés à élever l'indice d'octane des carburants, conduisent en effet à la formation de dépits qui inhibent assez rapidement l'activité de ces catalyseurs. Récemment plusieurs solutions ont été présentées parles fabricants de catalyseurs pour améliorer la tenue en endurance de leurs produits avec de l'essence plombée. C'est ainsi qu'en Allemagne Fédérale, on a redut la teneur en plomb de l'essence b 0,15 g/l. Par ailleurs on a préconisé de disposer le catalyseur aussi près que possible du moteur : dans ces conditions, le plomb émis est sous forme de vapeur et ne se dépose que très partiellement sur le catalyseur ; malheureusement, pour que de tels systèmes puissent fonctionner dans de bonnes conditions, la température doit être comprise entre 600 et 8000C ; ceci n'est jamais atteint lors du démarrage et très difficilement lors du fonctionnement du véhicule en utilisation urbaine.On a également utilisé des catalyseurs spéciaux présentant une tenue améliorée a l'essence plombée ; ces solutions relativement onéreuses consistent généralement a l'emploi de Perowskite de platinoïdes (solutions étudiées par la Société Dupont de Nemours) ou de produits particulaires assez friables ce qui permet, par usure, un renouvellement partiel de la surface catalytiques. La présente invention vise a obvier aux inconvénients des systèmes de l'art antérieur en fournissant un dispositif destiné à permettre la réactivation d'un catalyseur vieilli par fonctionnement avec de l'essence plombée en mélange oxydant. A la suite de recherche dans ce domaine, les chercheurs de la Demanderesse ont observé qu'un dispositif catalytique ayant fonctionné par exemple durant 25 000 km avec de l'essence plombée sur un véhicule muni d'une pompe b air ou d'un "pulsair" (mélange oxydant) peut avoir fixé plusieurs pourcents de pbmb sous forme d'oxydes ou d'oxyhalogénures ; le catalyseur subit, dans ces conditions, un certain pourrissement qui lui fait perdre géné- ralement la majeure partie de son activité catalytique oxydante pour l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés et une partie de son activité pour l'oxydation de l'oxyde de carbone.Soumis à un traitement thermique de régénération a température supérieure d 5000C dans des conditions réductrices qui correspondent à un fonctionnement sur moteur en mélange riche, on constate que le produit se réactive notablement tant en ce qui concerne l'oxydation de CO que des hydrocarbures, ceci étant dû apparemment a la réduction des oxydes de plomb, de 1'aluminate de plomb ou des oxyhalogénures à l'état de plomb métallique, et ce, grâce au fait qu'avec les carburateurs actuels les gaz brûlés contiennent entre 2 et 4% d'oxyde de carbone et 0,3 a 1% d'hydrogène, dont la présence peut permettre la régénération du catalyseur partiellement déactivé. Ce traitement thermique permet ainsi de conférer au produit désactivé une nouvelle activité dont le niveau et la durée dépendent à la fois: de la nature du catalyseur, de sa teneur en plomb, ainsi que de la température et de la durée du traitement de réactivation. La présente invention, due a la Collaboration de Messieurs COURTOIS et BARNABE, vise plus précisément un dispositif destiné à améliorer le fonctionnement des réacteurs catalytiques antipollueurs montés dans le système d'échappement de véhicules dont le moteur fonctionne avec un carburant renfermant du plomb et comporte des moyens d'injection d'air ou d'un agent oxydant additionnel au niveau de l'échappement par exemple une pompe, ce dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens permettant d'interrompre l'injection dudit air additionnel en amont du système ou réacteur catalytique, ces moyens étant actionnés par au moins un dispositif de commande sensible aux conditions de marche à pleine charge du moteur et/ou d la température du système catalytique. Elle est en outre remarquable par les points suivants: le moyen d'interruption de l'injection de l'air additionnel sont constitués par une électrovanne è trois voies coopérant avec une valve de dérivation a tiroir commandant le débit d'air à la sortie de la pompe d'injection d'air additionnel g le dispositif de commande des moyens d'interruption de l'injection d'air ou d'un agent oxydant en amont du système ou réacteur catalytique sont constitués par des moyens interrupteurs montés sur le circuit électrique d'excitation de l'électrovanne et commandés b la fermeture par une came montée sur l'axe du papillon du carburateur et agencée, pour en pleine charge du moteur, fermer ledit interrupteur.ou par une sonde de température détectant les conditions de fonctionnement du réacteur catalytique et déclenchant la fermeture desdits moyens de température au-deld d'une température prédéterminée, par exemple 6009C ; ou bien par la dépression du collecteur d'admission ;; la vanne de dérivation de l'air ou de l'agent oxydant d'injection comporte deux chambres séparées par une membrane agissant sur le levier de commande du tiroir commandant le passage du débit d'air ou d'agent oxydant, la chambre supérieure étant mise d l'atmosphère lorsque l'électrovanne est excitée, tandis que la chambre inférieure reste branchée en dépression sur le collecteur d'admission, provoquant un déplacement de la membrane donc du levier de commande du tiroir, ce dernier étant agencé pour couper le débit d'injection de l'air ou de l'agent oxydant en amont du réacteur catalytique. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description non limitative suivante, d'une forme de réalisation de dispositif de régénération de système catalytique antipollueur, en se référant au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est une vue schématique du dispositif de régénération selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en coupe et à échelle différente du dispositif de la figure 1 en fonctionnement normal t électrovanne non excitée) ; et - la figure 3 est une vue analogue a la figure 2, le dispositif fonctionnant en coupure d'air (ctest-d-dire lorsque l'électrovanne est excitée). Le débit F1 d'une pompe d'injection 1 d'air additionnel en amont d'un réacteur catalytique (non représenté au dessin) situé dans le système d'échappement d'un véhicule est commandé par une valve de dérivation à tiroir 2 qui,selon la position du tiroir 10, dirige cet air soit en amont dudit réacteur catalytique selon F3 par une rampe d'injection d'air 4, un clapet anti-retour 3 étant prévu en amont de la rampe 4, soit en aval dudit réacteur catalytique selon F2. La valve de dérivation 2 est constituée par deux chambres supérieure et inférieure séparées par une membrane 2a, et reliée chacune en fonctionnement normal 3 la dépression du collecteur d'admission qui s'applique ainsi sur les deux faces de cette membrane. Lors d'une décélération du moteur, la dépression qui augmente brutalement est transmise avec un certain retard a la chambre supérieure par l'adjonction d'un gicleur 11. Entre ce dernier et ladite chambre supérieure, est interposée dans le circuit de dépression de commande une électrovanne a trois voies S. Le circuit électrique de commande de l'électrovanne 5 est constitué par un interrupteur actionné par une came 8 montée sur l'axe de papillon d'un carburateur 7 lorsque ce dernier est en position de pleine charge. Par ailleurs, on peut adjoindre en série un interrupteur commandé par une sonde de température 6 détectant les conditions de fonctionnement du catalyseur (mise en action en surchauffe) de manière d interrompre 1.' injection d'air si,et seulement si la température de sortie des gaz brûlés dépasse une certaine température, par exemple 6000C. Le dispositif selon la présente invention fonctionne de la manière suivante Lorsque l'électrovanne 5 n'est pas excitée électriquement, son clapet 5b est en position d'obturation contre la sortie d I'atmosphère de cette vanne et l'air s'introduit par la rampe d'injection dans l'échappement en dérivée àl'extérieur en décélération (voir figure 2). Lorsque le bobinage a de l'électrovanne 5 est excitée, le clapet 5b coupe la dépression appliquée à la chambre supérieure, cette dernière étant alors reliée à la pression atmos phérique, tandis que la chambre inférieure restant soumise à la dépression, la membrane 2a de la valve de dérivation 2 se déforme vers le bas à l'encontre de l'action d'un ressort taré 2c, agissant sur la tige de commande 2b du tiroir 10 qui arrente l'injec t ion F3 d'air additionnel dans la rampe 4 et dirige ce débit d'air selon F2 en aval du système catalytique. Lorsque les conditions de marche du moteur et de température du système catalytique redeviennent normales, le circuit d'excitation de ltélectrovanne 5 s'ouvre, l'obturateur 5b revient en position de fermeture sur l'atmosphère et la chambre supérieure revient progressivement gracie à là présence du gicleur 11 sous dépression, après quoi sous l'acton du ressort de tarage 2c, la membrane 2a, la tige de commande du tiroir -2b et le tiroir 10 reviennent dans la position permettant l'injection d'air additionnel selon F3 a la rampe 4 située en amont du système catalytique.Il est clair que pour toute réponse de pleine charge et/ou pour tout échauffement du système catalytique au-delà de 6000, ce système d'injection peut être à nouveau interrompu. En outre; des expérimentations concrètes ont été réalisées afin de mieux mettre en lumière les avantages du dispositif selon la présente inventions ces expérimentations n'ayant qu'un caractère illustratif et nullement limitatif de la présente invention. Dans une premier expérimentation, on fait fonctionner un catalyseur constitué de billes d'alumine imprégnées de platine et de palladium sur un véhicule R12 de la REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT durant 40 000 km pendant lesquels le moteur a fonctionné avec de l'essence contenant 0,15 g/l de plomb ; après cet essai, il a fixé 6% de plomb.La mesure de l'activité catalytique du produit effectuée au laboratoire en cycle thermique entre 200-500 C a donné les résultats indiqués au tableau 1 suivant Tableau 1 Catalyseur Essai Débit Composition Température ECO EC3H6 EC3H8 N H % % Produit neuf 1 105 S3 200-500 C 82 77,7 21,4 Produit neuf vieilli 24h à 2 " " " 71,8 66,5 11 1000 C Après 40.000 km sur moteur 3 " " 13 3,1 300-600 C 21,1 6,7 Après 40.000 km 200-500 C 32 0 sur moteur puis 4 " " 300-600 C 53,8 1 essai N 3 Après essai N 4 5 " " 200-500 C 32 3,3 48,6 10,9 Après essai N 4 produit réactivé 200-500 C 65 21,6 0 24h à 700 C avec 200-500 C 65 21,6 ss Co=2% 6 " " 300-600 C 74,3 27,9 2,9 Avec ce même véhicule muni d'un dispositif selon la présente invention, on a obtenu à la suite d'essais, les résultats indiqués dans le tableau 2 suivant Tableau 2 Km effectué Cycle Europe ECE Cycle CVS 75 g/essai Co HC HC+Nox g/mile g/mile 0 sans catalyseur 90-107 8,2-12,5 13-17 16-18 1,9-22 500 Avec catalyseur neuf 22,5 2,7 7-8 3 0,5 40.000 Catalyseur vieilli sans le dispositif de réactivation 41,8 6,7 11-13 7,9 1,26 40.000 Avec catalyseur vielli puis réactivé avec le dispositif de l'invention par fonctionnement 9h sur autoroute Avec le dispositif selon l'invention, on a également réalisé avec le même catalyseur un essai d' endurance de 40.000 km dont 2/3 en ville pour 1/3 sur autoroute à 130 km/h, le cycle Europe a donné des teneurs en CO inférieurs à 25 g et des teneurs en hydrocarbures inférieures à 4 g. Dans une seconde expérimentation, on met en oeuvre un catalyseur ne contenant pas de platinoides mais uniquement des métaux de base et placé dans un réacteur catalytique disposé à environ 50 cm du collecteur d'échappement d'un véhicule R20 de la REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT. On réalise des essais d'endurance en utilisant de l'essence renfermant 0,45 g de plomb par litre. Après mesure au laboratoire des activités du catalyseur on a obtenu les résultats indiqués dans le tableau 3 suivant Tableau 3 Essai Débit composition Température ECO EC3H6 EC3H8 Catalyseur N H -1 % % % Produit neuf 1 105 S3 200-500 C 80,8 41,5 19 300-600 C 94,4 67,7 30,5 Produit neuf 200-500 C 59,3 32,2 4,1 vieilli 24h à 1000 C 2 105 S3 300-600 C 88 59,8 13,5 Après endurance moteur sur 2000 km 3 " " 200-500 C 29,4 4,7 0,7 300-600 C 53,2 9,3 2,9 Produit après endurance le moteur sur 2000 km 4 " " 200-500 C 66,8 14,3 0,6 réactivé à 700 C 24h 300-600 C 90,2 33,3 8,4 avec Co=2% Avec le même véhicule muni du dispositif selon 11 invention on a obtenu les résultats spécifiques au Tableau 4 suivant Tableau 4 Km parcouru Cycle Europe ECE Cycle CRS 75 g/essai g/mille CO HC HC+Nox CO HC 0 sans catalyseur 45,8 7,0 15 12,3 1,8 100 Avec catalyseur neuf 45,8 7,0 15 12,3 1,8 2.000 Produit après endurance avec essence à 0,93g Plomb 21 6,0 19 2.000 Avec régénération par fonctionnemment avec le dispositif durant 3h sur autoroute. I1 est évident que l'invention n'est nullement limitée aux formes et modes de réalisation décrits si-dessus, mais qu'elle englobe toutes les modifications et variantes à la portée de l'homme de l'art issues du meme principe de base. C'est ainsi que chacun des dispositifs de fermeture du circuit d'excitation peut etre monté séparément sur le dispositif de l'invention. Par ailleurs selon une autre forme de réalisation, l'intérrupteur commandé par la came montée sur l'axe du papillon du carburateur peut etre éventuellement remplacé par un contact électrique actionné par la dépression du collecteur d'admission. Cette variante de réalisation de l'invention permet de fermer le contact électrique de commande de l'électrovanne, car en pleine charge la dépression deviendrait faible et égale a une valeur de tarage de ce contact. REVENDICATIONS 1. Dispositif destin à améliorer le fonctionnement des réacteurs catalytiques antipollueurs montés dans les systèmes d'échappement de véhicules dont le moteur fonctionne avec un carburant renfermant du plomb et comporte des moyens d'injection d'air ou d'un agent oxydant additionnel au niveau de lléchappement, par exemple une pompe, ce dispositif etant caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens permettant d'interrompre l'injection dudit air additionnel en amont du système ou réacteur catalytique, ces moyens étant actionnés par au moins un dispositif de commande sensible aux conditions de marche a pleine charge du moteur et/ou a la température du système catalytique. 2. Dispositif selon revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens d'interruption de l'injection de l'air additionnel sont constitués par une électrovanne a trois voies coopérant avec une valve de dérivation a tiroir commandant le débit d'air a la sortie de la pompe d'injection d'air additionnel. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le dispositif de commande des moyens d'interruption de l'injection d'air ou d'un agent oxydant en amont du système ou réacteur catalytique sont constitués par des moyens interrupteurs montés sur le circuit électrique d'excitation de l'élec- trovanne et commandés a la fermeture par une came montée sur l'axe du papillon du carburateur et agencée, pour en pleine charge du moteur, fermer ledit interrupteur. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le dispositif de commande des moyens d'interruption de l'injection d'air ou d'un agent oxydant en amont du système ou réacteur catalytique sont constitués par des moyens interrupteurs montés sur le circuit électrique d'excitation de l'électrovanne et commandés par une sonde de température détectant les conditions de fonctionnement du réacteur catalytique et déclenchant la fermeture desdits moyens de températures au-delà d'une température prédéterminée, par exemple 6000C. 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le dispositif de commande des moyens d'interruption de l'injection d'air ou d'un agent oxydant en amont du système ou réacteur catalytique sont constitués par des moyens interrupteurs montés sur le circuit électrique d'excitation de l'électrovanne et commandés à la fermeture par la dépression du collecteur d'admission. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la vanne de dérivation de l'air ou de l'agent oxydant d'injection comporte deux chambres séparées par une membrane agissant sur le levier de commande du tiroir commandant le passage du débit d'air ou d'agent oxydant, la chambre supérieure étant mise a l'atmosphère lorsque l'électrovanne est excitée, tandis que la chambre inférieure reste branchée en dépression sur le collecteur d'admission, provoquant un déplacement de la membrane dont du levier de commande du tiroir, ce dernier étant agencé pour couper le débit d'injection de l'air ou de l'agent oxydant en amont du réacteur catalytique.