Brevet FR2515257A1 — publié le 19830429

Pour réduire la teneur en constituants nocifs dans des gaz d'échappement de moteurs à essence, une solution connue consiste à soumettre le courant de gaz d'échappement à une post-combustion catalytique sur des catalyseurs ou bien à régler la composition du mélan- ge air-carburant fourni au moteur à l'aide de capteurs de mesure, appelés sondes X, qui sont disposés dans le courant de gaz d'échappement, qui s'étendent également sur une zone catalytiquement active et qui réagissent sur la teneur en oxygène et en hydrocarbures imbrûlés. Lors de l'utilisation de carburants contenant du plomb, ces catalyseurs sont cependant rendus inactifs au bout d'un temps assez court par les particules nocives se trouvant dans les gaz d'échappement, notamment des particules de plomb mais également des particules de soufre ou de suie La mise au point de catalyseurs résistant au plomb ou bien la séparation des particules de plomb à-partir du courant de gaz d'échappement à l'aide de filtres n'ont pas encore été réalisées avec le succès désiré Egalement, dans le cas de filtres intrin- sèquement très bons, des particules déjà séparées pour de grandes vitesses des gaz d'échappement et une forte sollicitation du filtre se détachent à nouveau de la sur- face du filtre et altèrent alors le catalyseur. L'invention a en conséquence pour but de fournir un procédé à l'aide duquel on peut protéger les cataly- seurs se trouvant dans le courant de gaz d'échappement avant l'empoisonnement par des particules nocives. Ce problème est résolu, conformément au procédé de l'invention, par le fait que les particules nocives et la surface du catalyseur sont chargées électrostati- quement dans le même sens par une tension continue de valeur élevée, la charge des particules nocives étant effectuée en amont de la surface du catalyseur, en con- sidérant la direction d'écoulement des gaz d'échappement. L'invention prévoit également de charger les particules nocives et la surface du catalyseur avec une tension comprise entre 10 000 et 40 000 volts. Selon une autre caractéristique de l'invention, les particules nocives et la surface du catalyseur sont chargées négativement. Sous l'effet de la charge électrostatique de même sens de la surface du catalyseur et des particules nocives, les particules nocives sont ainsi éloignées de la surface du catalyseur et elles ne peuvent par consé- quent plus se déposer sur celle-ci. La charge des particules nocives est effectuée dans un champ électrostatique d'une zone de charge placée en amont du catalyseur à l'aide d'une source de haute tension, d'une manière analogue à la charge de particules pour leur séparation électrostatique à l'aide d'un courant continu, comme décrit par exemple dans le livre de Perry "Chemical Engineers Handbook", Mc Graw-Hill 1973, page 20 - 103 jusqu'à 20 115 La génération du champ électrique ionisant est effectuée avantageusement entre un fil- électrode disposé concentriquement dans le tuyau dîéchap- pement et ce tuyau d'échappement servant de contre- électrode Le fil-électrode peut être pourvu également pour augmenter son efficacité, de soies, de pointes ou de parties semblables Dans le cas de tuyaux d'échappement de grands diamètres, on peut également utiliser plusieurs fils-électrodes La haute tension appliquée au fil-électrode est comprise entre environ 10 et 40 k V En dessous de k V, l'effet obtenu est trop faible et au-dessus de k V le risque de formation d'étincelles augmente for- tement La zone de charge doit être suffisamment longue 15257 pour que toutes les particules soient en majeure partie chargées sans que cependant il se produise un dépôt important de particules sur la paroi du tuyau d'échappe- ment servant de contre-électrode La longueur de la zone de charge est fonction de la vitesse des gaz, du poten- tiel appliqué, du diamètre du tuyau d'échappement et de la mobilité des particules nocives et on peut la calcu- ler en utilisant les formules connues (par exemple con- formément au livre de Perry cité précedemment). On place immédiatement en arrière de la zone de charge le catalyseur, auquel on applique la même tension qu'au fil-électrode Le catalyseur doit alors 6 tre isolé par rapport au tuyau d'échappement agissant comme contre- électrode Le catalyseur peut être pourvu d'une alimen- tation séparée en tension mais il est cependant particu- lièrement simple de relier le fil-électrode au catalyseur. Pour qutun champ électrique puisse stétablir sur la sur- face du catalyseur, celui-ci doit 8 tre mis en place sous la forme d'une couche mince sur un support électriquement conducteur, par exemple un treillis en acier ou bien une structure en forme de nid d'abeilles en acier, ou bien il doit posséder par lui-même une conductivité élec- trique suffisante, ce résultat pouvant être obtenu le cas échéant par incorporation de matières électriquement conductrices, comme des métaux nobles, du cuivre, de ltaluminium, etc, à la masse du catalyseur. Après que les particules nocives chargées, qui peuvent non seulement contenir du plomb mais également du soufre ou qui peuvent être formées par de la suie, sont passées sur le catalyseur, qui est chargé dans le même sens, elles subissent une précipitation électrostatique dans une autre zone du conduit d'échappement Sous l'effet des secousses se produisant en cours de marche, les particules ayant précipité sont graduellement détachées de la paroi du tuyau d'échappement et elles parviennent avec le courant de gaz d'échappement à l'air libre de sorte qu'on emp 8 che une obstruction du conduit dtéchappe- ment. Du fait que la charge électrostatique des par- ticules est fonction de la température, la zone de charge est avantageusement disposée en un endroit du conduit d'échappement o la température des gaz d'échappement ne dépasse pas 8000 C et o les gaz d'échappement sont éga- lement encore suffisamment chauds pour réagir sur le catalyseur ou sur la sonde A De préférence, les parti- cules sont chargées négativement car, dans le cas d'une charge négative, on obtient des potentiels plus élevés. Une formation d'ozone pouvant se produire dans ce cas a additionnellement une influence efficace sur l'odeur et la composition des gaz d'échappement Avec le procédé conforme à l'invention, on peut obtenir que pratiquement aucune particule nocive ne se dépose plus sur la surface du catalyseur et que la durée de service des catalyseurs soit considérablement allongée. Exemple: On fait passer dans un tuyau d'échappement de 9 cm de diamètre intérieur un courant de gaz d'échappe- ment sortant à une température de 4500 C d'un moteur à combustion interne dans lequel on a consommé de l'essence ayant une teneur en plomb de 0,15 g/l On a fait passer un courant de gaz d'échappement d'un volume de 150 m 3/h, ce qui correspond à une vitesse de marche d'environ 100 lkm/h pour une catégorie moyenne de voitures de tou- risme Dans le tuyau d'échappement, on a disposé un fil de 0,2 cm de diamètre tendu au centre du tuyau d'échap- pement sur une longueur de 70 cm On a appliqué au fil une tension continue de -13 k V le tuyau d'échappement ayant un potentiel de O V On a donné à la zone de charge une longueur de 60 cm Immédiatement en arrière de la zone de charge, on a disposé le catalyseur de gaz d'échappement, se composant d'une couche catalytiquement active déposée sur une structure en acier en forme de nid d'abeilles On a isolé électriquement le catalyseur de la paroi du tuyau d'échappement et on l'a relié élec- triquement au fil d'alimentation en tension. Alors que sans l'application d'une tension le catalyseur devient inactif au bout d'environ 10 heures, on a constaté que, lors de l'application d'une tension, il ne se produisait aucune réduction d'efficacité encore au bout de 30 heures, à la suite de quoi l'expérience a été interrompue pour des raisons de temps. r. 6 2515257 REVENDICATIONS 1 Procédé pour protéger des catalyseurs placés dans un courant de gaz d'échappement de moteurs à essence contre un empoisonnement par des particules nocives déposées, caractérisé en ce que les particules nocives et la surface du catalyseur sont chargées électrostatiquement dans le même sens par une tension continue de valeur élevée, la charge des particules nocives étant effectuée en amont de la surface du cata- lyseur, en considérant la direction d'écoulement des -gaz d'échappement. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules nocives et la surface du cata- lyseur sont chargées avec une tension comprise entre environ 10 000 et 40 000 volts. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les particules nocives et la surface du catalyseur sont chargées négativement.