Brevet FR2615247A1 — publié le 19881118

La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne, en particulier du traitement des rejets toxiques, et a pour objet un procédé de traitement des gaz de combustion des moteurs à combustion interne. I1 est connu que les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne contiennent t outre du gaz carbonique et de la vapeur d'eau', de petites quantités d'autres composés gazeux tels que l'oxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés et des oxydes d'azote. Ces hydrocarbures imbrûlés-se combinent avec les oxydes d'azote dans des conditions climatiques de fort ensoleillement sous l'effet des rayons ultraviolets, pour former des composés toxiques d'une odeur âcre et à effet lacrymogène. Dans des cas de moindre ensoleillement, il est reproché aux oxydes d'azote de participer à l'augmentation de l'acidité des eaux de pluie, les hydrocarbures imbrûlés étant néfastes à eux seuls, du fait de-leur activité cancérigène. Pour obvier à ces inconvénients, il a été proposé de traiter les gaz d'échappement par mise en place d'un catalyseur revêtu de platine dans le conduit d'échappement. Un tel catalyseur est destiné à détruire simultanément les hydrocarbures imbrûlés et les oxydes d'azote. Toutefois, les catalyseurs au platine connus présentent des inconvénients aussi importants que les avantages qu'ils procurent. En effet, du fait de la température élevée des gaz d'échappement et des vibrations dues au moteurs, il se produit une lente évaporation du revêtement de platine du catalyseur dispersé dans l'atmosphère sous forme d'aérosol. Une telle dispersion est particulièrement dangereuse pour l'environnement du fait de la très forte toxicité du platine, même à très faible dose. En outre, le montant d'un catalyseur dans le conduit d'échappement nécessite l'utilisation de carburants spéciaux sans plomb, qui sont incompatibles avec certains types de moteurs, en particulier des petits moteurs à haut rendement, et entraine une consommation de carburant plus importante. Par ailleurs, il convient de noter que les cataly seurs existants ne fonctionnent parfaitement bien que dans une zone de température idéale très limitée et qu'en dehors de cette zone, leur efficacité est très aléatoire, voire même ils produisent davantage de rejets nocifs. Enfin, les oxydes d'azote seuls qui sont les mêmes que ceux produits par la foudre ne participent pas de manière appréciable à l'acidification de certaines pluies mais seraient plutôt utiles en tant qu'amendement des terres agricoles. Le but principal de l'invention réside donc dans l'élimination des hydrocarbures imbrûlés. A cet effet, la -présente invention a pour objet un procédé de traitement des gaz de combustion des moteurs à combustion interne caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à réaliser l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés et de l'oxyde de carbone dans la chambre de combustion du moteur au moyen d'un catalyseur revêtant la tête du piston ainsi que la culasse et les soupapes. Le procédé conforme à l'invention permet de garantir une oxydation rapide et complète grâce à la haute température régnant dans la chambre de combustion, pendant la détente des gaz de combustion. Conformément à une caractéristique de l'invention, le catalyseur est un catalyseur d'oxydation et est mélangé à une couche de céramique de revêtement. Par un tel mode de réalisation, la destruction des hydrocarbures imbrûlés ainsi que l'oxydation de l'oxyde de carbone sont assurées. En outre, la prévision d'un revêtement de la tête de piston, de la culasse et des soupapes sous forme d'un mé- lange de céramique et de catalyseur, présentant des caractéristiques d'incombustibilité et de faible conduction calorifique, permet une combustion complète du mélange combustible gazeux par prévision d'une injection d'un excès d'air dans la chambre de combustion, de sorte que le rendement du moteur est également amélioré. Le catalyseur d'oxydation est un oxyde d'un métal présentant plusieurs états de valence vis-à-vis de 1 ' oxygène. Avantageusement, le catalyseur d'oxydation est un oxyde de vanadium, de chrome, de manganèse, de fer, de cobalt, de nickel ou de molybdène. I1 se pose, toutefois, avec ces catalyseurs un problème de température de point de fusion quand ils sont combinés avec des céramiques, cette température étant toujours inférieure à celle d'au moins un des composants sinon des deux composants. I1 convient donc d'effectuer une combinaison d'une faible quantité de catalyseur d'oxydation avec une céramique. A cet effet, pour l'obtention d'un bon pouvoir catalytique avec une couche de revêtement céramique mince, la couche de revêtement est avantageusement constituée par un mélange à 99 % en poids de magnésie et d'une faible quantité d'oxyde de fer, à savoir de l'ordre de I % en poids, additionnée de très petites quantités d'oxydes de vanadium, et/ ou de manganèse, et/ou de cobalt, et/ou de nickel, et/ou de molybdène, à savoir chacun de l'ordre de 1 % en poids de l'oxyde de fer. L'addition en très faible quantité de ces oxydes permet d'activer le pouvoir catalytique du fer. Dans le cas d'utilisation d'un revêtement céramique et catalyseur en couche épaisse permettant une augmenta- tion notable du pouvoir catalytique, ledit revêtement est fixé sur les surfaces à revêtir au moyen d'un grillage en acier réfractaire ancré dans lesdites surfaces, ledit grillage recouvrant le revêtement ou étant noyé dans ce dernier. Selon une autre caractéristique de l'invention, un revêtement céramique et catalyseur en couche épaisse peut également être fixé sur les surfaces à revêtir par coopération avec des alvéoles prévus dans lesdites surfaces. Un tel mode de réalisation est possible dans le cas de moteurs lourds dans lesquels les pièces en mouvement et les chambres de combustion sont de grande dimension. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser des moteurs à combustion interne réalisant une combustion complète des mélanges combustibles entrant dans leur chambre de combustion par catalyse des imbrûlés et permettant d'éviter l'utilisation d'un pot d'échappement catalytique dont le fonctionnement est très aléatoire. En outre1 du fait de la catalyse desdits imbrûlés à l'intérieur de la chambre de combustion, le rendement des moteurs est amélioré. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit. Des modifications restent possibles, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. -REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement des gaz de combustion des moteurs à combustion interne, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à réaliser l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés et de l'oxyde de carbone dans la chambre de combustion du moteur au moyen d'un catalyseur revêtant la tête du piston ainsi que la culasse et les soupapes. 2. Procédé, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur est un catalyseur d'oxydation et est mélangé à une couche de céramique de revêtement. 3. Procédé, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le catalyseur d'oxydation est un oxyde d'un métal présentant plusieurs états de valence vis-à-vis de l'oxygène. 4. Procédé, suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le catalyseur d'oxydation est un oxyde de vanadium, de chrome, de manganèse, de fer, de cobalt, de nickel ou de molybdène. 5. Procédé1 suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour l'obtention d'un bon pouvoir catalytique avec une couche de revêtement céramique mince, la couche de revêtement est avantageusement constituée par un mélange à 99 % en poids de magnésie et d'une faible quantité d'oxyde de fer, à savoir de l'ordre de 1 % en poids, additionnée de très petites quantités d'oxydes de vanadium, et/ou de chrome, et/ou de manganèse, et/ou de cobalt, et/ou de nickel, et/ou de molybdène, à savoir chacun de l'ordre de 1 % en poids de l'oxyde de fer. 6. Procédé, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans le cas d'utilisation d'un revêtement céramique et catalyseur en couche épaisse permettant une augmentation notable du pouvoir catalytique, ledit revêtement est fixé sur les surfaces à revêtir au moyen d'un grillage en acier réfractaire ancré dans lesdites surfaces, ledit grillage recouvrant le revêtement ou étant noyé dans ce dernier. 7. Procédé, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un revêtement céramique et catalyseur en couche épaisse est fixé sur les surfaces à revêtir par coopération avec des alvéoles prévus dans lesdites surfaces.