Brevet FR2642471A1 — publié le 19900803

Titre de l'invention POT COMPOSITE NON-POLLUANT PRESENTATION DU PROJET DE POT COMPOSITE NON-POLLUANT Il s'agit bien entendu du pot d'échappement pour véhicules terrestres Essence ou Diesel. Le produit actuel qui équipe ces véhicules et plus particulièrement les V.L. ou P.L., est à carcasse métallique. Pour les V..L., son poids moyen est de l'ordre de 10 kg (dix). Compte tenu de la prise de conscience faite à propos de la pollution dûe aux gaz d'echappement, tout sera mis en oeuvre pour que dans l'Europe de 1993, ce pot offre en plus de sa fonction première, la possibilité de lutter contre cette pollution. Une solution est envisagée : le pot catalytique. Elle est même déjà appliquée en Suisse (sur les V.L. neufs). Son coût est jugé encore trop élevé, en particuliers par la France, pour son incidense sur les prix du parc le plus important à savoir les V.L. La solution offerte par notre pot composite, est en fait double dans ses effets - Il s'agit d'un pot à carcasse composite assurant un gain de poids non négligeable (au moins deux fois plus léger qu'un pot identique en Aluminium !!). - Il s'agit- d'un pot assurant une non-pollution grace non pas à un effet de catalyse sur les gaz chauds mais grâce à un réacteur chimique placé à l'intérieur même du pot. L'originalité de cette solution tient au fait que le réacteur chimique interne envisagé pour ses capacités dépolluantes devient techniquement possible à cause justement de la nature même de la carcasse qui l'abrite. Dans ce qui suit, va être développée plus en détail, et telle qu'il est possible de l'envisager maintenant, cette solution de pot-composite antipollution ainsi que tout l'attrait industriel qu'elle peut. avoir aujourd'hui. PRESENTATION DU POT Notre pot d'échappement, c'est deux solutions innovantes en une. La seconde prend toute sa dimension et toute son efficacité de par la nature même de la première. Ces deux solutions sont - une carcasse à structure composite qui offrira l'avantage en plus d'être démontable comme nous le verrons plus loin à travers le chapitre attrait industriel - un réacteur chimique intégré dans la carcasse pour assurer un effet dépolluant. Ce réacteur sera le siège de réactions chimiques en rapport avec la nature des gaz à éliminer. La carcasse composite permettra de telles réactions sans se soucier de sa tenue et de son comportement chimiques. 1) La structure composite Le dimensionnement des éléments de structure, les formes et lignes géométriques ne sont pas arrêtés. Seul le principe est décrit et la comparaison a été faite par rapport aux pots existants. Les dimensions, les épaisseurs de parois et les performances techniques seront parfaitement définies dès qu'il s'agira de fabriquer un pot normalisé pour un véhicule donné. La structure composite peut être réalisée - soit à partir d'un matériau de type stratifié (couhes successives de fibres de renfort imprégnées de résine thermodurcissable), - soit à partir d'un matériau de type sandwich que nous décrirons plus loin. Le choix entre ces deux types de matériaux composites va dépendre du niveau de performances qui pourra être exigé. Les normes existantes prennent em compte par exemple la cylindrée du véhicule à équiper pour imposer des performances "minimales . Nous avons, grâce à ce choix dont il est question cihaut, la possibilité d'ajuster au mieux les perforances de notre produit. Ainsi, si le matériau sandwich est retenu pour équiper un type de véhicules donné, ce sandwich sera obtenu avec - une peau externe en stratifié défini pour des caractéristiques anti-choc et compression élevées (Rc > 50 kJ/m2). - une âme en mousse phénolique modifiée pour absorber les vibrations. L'intérêt d'une telle mousse réside aussi dans les performances intrinsèques de la matière employée et tout particulièrement pour son comportement au feu qui lui vaut un classement Ml (sécurités - une peau interne en stratifié défini avec une résine anti-corrosion, type Epoxy ou Vinylester. Ces deux résines sont en effet bien employées dans le Génie Chimique. Le sandwich à peaux différenciées, tel que nous venons de le décrire, nous permettra encore un meilleur ajustement aux normes dont il est question ci-haut. Les éléments de renfort des structures composites envisagées, c'est la fibre de verre sous forme de fils parallèles ou de tissu ou de mat ou encore une combinaison de ces trois formes. Pour les deux types de composites envisagés, cette carcasse composite aura une densité qui ne dépassera pas 1,5 g/cm3 . D'où, si l'on compare notre modèle de pot avec le pot métallique (en fer), nous aurons, à volume de matière égal, un pot composite au moins cinq fois plus léger. Le choix de ces matières premières donnera lieu, en plus, à un pot d'échappement insensible a la corrosion chimique ambiante. Cette performance sera en effet liée à la nature et la composition des matières premières utilisées. Notre carcasse sera fermée par deux panneaux latéraux (en éléments composites également). Ils seront traversés par des axes boulonnés prévus pour permettre ainsi un démontage du pot ainsi défini. 2) Le réacteur interne Les matériaux employés résistent à la corrosion chimique. La conception que nous préconisons pour le pot, nous permet d'avoir recours à des substances chimiques qui, en tant que réactifs vont réagir avec les gaz à éliminer. Cette dépollution est donc obtenue grâce à des réactions chimiques spontannées. Les gaz brûlés arrivent dans le pot et traversent le réacteur avant d'être rejetés vers le milieu extérieur. Le réacteur est en fait une succession de tamis où les gaz en question vont réagir avec les substances chimiques enfermées dans ces zones-tamis, véritables chambres de réaction, Le choix de ces substances chimiques est en étroite liaison avec les gaz responsables de la pollution que nous connaissons tous. Les réactions chimiques viseront donc la neutralisation de ces gaz d'ou l effet dépolluant annoncé. Ainsi le dioxyde de carbone (cl2) traversera un tamils contenant de la Chaux. Ces deux produits sont connus pour la réaction chimique spontannée à laquelle ils donnent lieu et qui conduit à l élimination du gaz. Les autres gaz tels Ht S ou Nu2 traités par des zônes contenant respectivement de l acétate de Plomb et la potasse. La composition des autres zônes de traitement par réaction chimique spontannée feront l'objet d1une défintion pousée pour éliminer - tout risque de pollution par le fait de formation de susbtances nocives ou dangereuses en tant que produit des réactions prévues, - toute contamination ou toute réaction entre les contenus des différentes zônes du réacteur, - tout réaction secondaire ou annexe où viendrait prendre part avec un réactif prévu pour éliminer l'un des gaz brûlés. Cette définition fera appel aux données Thermodynamiques connues à ce jour (tables JANAF) pour nous permettre de prévoir les réactions et les conditions à réunir pour leur bon déroulement. Chaque zône de traitement sera séparée de ses proches voisines par une paroie perméable aux gaz 3) Attrait et intérêts industriels de ce oot Notre invention met en jeu des matériaux nouveaux, qui de part leurs performances intrinsèques vont permettre de réaliser un produit connu, certes, mais qui offrira de nouvelles possibilités - pour alléger les véhicules, - dans la lutte contre la pollution dûe aux gaz d'échappement. Le gain de poids que vont permettre notre conception et notre notre solution, telles que nous venons de les exposer est loin d'être négligeable : à volume de matière identique notre pot composite sera au moins cinq fois plus léger que le pot métallique. Et cela va dans le sens recherché par les constructeurs automobiles. La tenue mécanique pourra être ajustée aux normes et niveaux démmandés en jouant sur la composition de la structure composite retenue. Cette composition se résume en trois paramètres - nature de la résine employée, - nature du renfort utilisé, - taux de renfort ou pourcentage fibre-matrice. La combinaison matériaux composites-réacteur chimiqueréactions élémentaires et spontannées devient techniquement et industriellement possible à un coût modéré grâce à la nature des matériaux employés et plus particulièrement leur inertie chimique. Elle devient alors "consommable" et incitera les automobilistes à un geste protection de l'environnement" plus facilement. Suivant 7'usage qui est fait du véhicule, notre réacteur peut être vite à court de réactifs. Notre solution perdrait de son intérêt et de son éfficacité si elle n'offrait pas le démontage dont il fut question. Ce démontage est rendu possible car chaque partie du pot a été redéfinie en rapport avec la fonction qu'elle doit assurer. Cette définition nouvelle conduit à un pot dont les éléments deviennent indépendants et donc interchangeables. Cette opération conduit ainsi à un entretien régulier de son pot d'échappement, au remplacement de la cartoucheréacteur, pour un effet dépolluant maximum. C'est en cela qu'il faudra envisager certaines habitudes : on s'occupera de sa vidange ... et de son pot d'échappement. La figure représente en demie-vue droite et en coupe, le pot selon l'invention. En référence à la vue en coupe, le pot comporte une carcasse (i) en élément composite que sera fermée par des panneaux composites (2, 8). Le panneau d'entrée (2) est traversé par deux axes boulonnés (3) qui permettront de fixer le réacteur interne (4) à la carcasse du pot. Ce réacteur (4) est fermé, latéralement par deux grilles (5 et 7), et comporte en son sein des paroies perméables (6) qui séparent les différentes zônes de traitement. La demie-vue droite montre le panneau de sortie (8) et son boulon de fixation (3). RE"ENDiCATTIONS 1) Pot d'échappement anti-pollution, à carcasse (1) en matériaux copmosites, fermé par des panneaux composites latéraux (2 et 8) démontables, et comportant en son sein, un réacteur chimique (4) constitué de grilles (5 et 7) et de zônes de traitement des gaz séparéés par des paroies perméables (6j. 2) Pot d'échappemDnt selon la revendication 1 caractérisé en ce que la solution matériaux définie est originale pour ce produit bien connu. Ci Pot d'échappement selon la revendication 1 caractérisé en ce que e réacteur interne (4) sera le siège de réactions chirr,çnues simples et spontannées entre les gaz à traiter et le substances actives entre les paroles perméables (6). 4) Pot d'échappement selon toutes les revendications caractér-isé en que le mode de traitement des gaz pour un effet anti-pollution est un procédé original dans ce type de produit (Pot d'échappement), cecl de par la nature des matériaux emt# oye-S. 5) Pot d'érhappemeni-. selon l'une quelconque de revendications caractérisé en ce qu'il débouche sur une conception nouvelle et originale pour ce produit, tant par la nature des matériaux utilisés, que par les fonctions nouvelles qu'il peut offrir (démontage, entretiens). 6) Pot d'échappement selon l'une q#uelconque des revendications en ce que le réacteur interne (4) est une pièce interchangeable afin de renouveler ses substances actives et d'assurer ainsi un effet dépolluant efficace.