Brevet FR2913455A3 — publié le 20080912

FR 2913455 A3 20080912 FR 0753682 A 20070307 - 1 - DISPOSITIF DE TRAITEMENT DES GAZ D'ECHAPPEMENT La présente invention se rapporte au domaine du traitement des gaz d'échappement, notamment de moteurs 5 à combustion. Elle trouve une application privilégiée, mais non exclusive, sur les lignes d'échappement de véhicules équipés de moteurs thermiques, Diesel ou non. Les gaz d'échappement renferment un grand nombre 10 de molécules, parmi lesquelles des composés inertes, tels que l'azote, l'oxygène, ou l'eau sous forme de vapeur, du dioxyde de carbone, et des polluants , tels que les oxydes d'azote, des particules , du monoxyde de carbone, et des hydrocarbures. 15 Les hydrocarbures, issus de la combustion incomplète du carburant, se répartissent en deux familles principales : une première famille exclusivement composée de carbone et d'oxygène (CxHy), et une deuxième famille de la forme (CxHyOz), contenant 20 en plus, des atomes d'oxygène. Les hydrocarbures sont normalement traités par un catalyseur d'oxydation, disposé à cette fin, dans la ligne d'échappement. Toutefois, certaines catégories de molécules, en particulier à chaîne carbonée courte 25 (conventionnellement nombre d'atomes de carbone inférieur à quatre), sont peu ou mal traitées par les catalyseurs d'oxydation usuels à basse température, c'est-à-dire lors du démarrage du véhicule, en particulier en hiver. 30 En l'absence de mesures particulières, on retrouve donc à l'échappement certains hydrocarbures, notamment des hydrocarbures à chaîne carbonée courte, oxygénés ou non, et de la vapeur d'eau. - 2 - Les hydrocarbures oxygénés génèrent des odeurs désagréables, et sont toxiques. Le mélange des hydrocarbures non oxygénés et de la vapeur d'eau, génère des fumées blanches, caractéristiques. L'émission des hydrocarbures en sortie du moteur, peut être limitée par des réglages moteur appropriés. Toutefois, de tels réglages sont vite pénalisants pour les performances du moteur, et limitent les marges de réglage d'autres paramètres. On a ainsi constaté que des réglages privilégiant la diminution des hydrocarbures rejetés par le moteur, conduisaient à une augmentation du bruit de combustion perçu dans l'habitacle, à une augmentation de la consommation de carburant, ou à l'accentuation des émissions d'autres types de polluants, tels que les oxydes d'azote. Par la publication WO2004065529, on connaît l'utilisation d'un oxyde de Cérium en tant qu'additif pour carburant. Selon cette publication, le Cérium agit alors comme catalyseur, pour éliminer les émissions de gaz toxiques et réduire les émissions de particules par les automobiles. Une telle mesure permet de réduire les émissions de fumées. Toutefois, elle présente l'inconvénient de faire appel à un agent actif spécifique, qui doit être dosé, pour maîtriser les réactions souhaitées. La présente invention vise à réduire les émissions de fumées blanches d'un véhicule, sans ajout d'agent chimique. Dans ce but, elle propose que les gaz d'échappement traversent un matériau poreux favorisant la condensation de certains composants du gaz, de manière à retenir ces composants sous forme condensée, au passage des gaz. Conformément a l'invention, les pores du matériau sont dimensionnés pour favoriser la condensation des molécules d'eau et/ou de molécules hydrocarbonées contenues dans les gaz d'échappement. De préférence, les gaz traversent des parois poreuses s'étendent sensiblement dans la direction principale d'écoulement des gaz. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : - les figures 1, 2 et 3, illustrent trois variantes de réalisation de celle-ci. Le dispositif de traitement des gaz d'échappement 1 illustré par la figure 1 se présente sous la forme d'un empilement de canaux d'écoulement parallèles 2, fermés alternativement à leurs extrémités d'entrée 2a, et de sortie 2b, des gaz. Les canaux 2 sont délimités par des parois parallèles 3 en matériau poreux. Le matériau poreux est choisi pour que les gaz d'échappement le traversent tout en favorisant au passage la condensation de certains composants, de manière à les retenir sous forme condensée dans les parois 3. Le dispositif 1 est disposé, de préférence, mais non impérativement, en arrière des autres unités de traitement (catalyseur d'oxydation, filtre à particules, système de traitement des oxydes d'azote, etc.) d'une ligne d'échappement 4, dans le sens d'écoulement des gaz. Il vise à épurer ces derniers de certains composants toxiques, non traités par les autres unités de traitement de la ligne d'échappement. A cette fin, le matériau poreux constituant les parois 3, peut être - 4 - par exemple un carbure ou un nitrure de silicium, une Mullite, une Cordiérite, ou tout autre matériau, notamment les matériaux de la famille des céramiques, favorisant la condensation de certains composants du gaz, de manière à les retenir sous forme condensée, dans les parois. L'objectif recherché est d'épurer les gaz d'échappement des fumées blanches toxiques composées principalement de vapeur d'eau et d'hydrocarbures. Les pores du matériau sont dimensionnés pour favoriser la condensation des molécules d'eau et/ou de petites molécules hydrocarbonées contenues dans les gaz d'échappement. Ces molécules vont donc rester stockées dans les parois, sans toutefois empêcher le passage des autres composants. La taille des pores doit donc être appropriée. On a ainsi constaté qu'avec les matériaux cités, l'optimum de taille pour favoriser la condensation de ces molécules, est compris entre 5 et 35 microns. Toutefois, il est possible de s'écarter de cette plage de valeurs, sans sortir du cadre de l'invention, si la nature du matériau utilisé le justifie. A titre d'exemple, avec une densité de cellules de 20 à 63 cellules par inch au carré, on a réalisé un dispositif particulièrement performant, avec une porosité comprise entre 22 et 78%. Comme indiqué sur les schémas, les gaz traversent les parois poreuses 3 s'étendant de préférence sensiblement dans la direction principale d'écoulement des gaz. Les parois définissent un empilement de canaux d'écoulement parallèles 2. En respectant ce principe, un grand nombre d'architectures sont réalisables. Les canaux peuvent par exemple être - 5 - fermés alternativement à leurs extrémités d'entrée 2a et de sortie 2b des gaz, comme sur la figure 1. Ils peuvent également être ouverts à leurs deux extrémités, comme sur la figure 2, ou être alternativement fermés et ouverts à leurs extrémités d'entrée des gaz, conformément à la figure 3. D'autres variantes de ces dispositions sont également réalisables, sans sortir du cadre de l'invention. En conclusion, il faut rappeler que l'épuration des gaz d'échappement obtenue grâce à l'invention est réalisée par une action strictement physique (phénomène de condensation), sans intervention d'agents chimiques. En particulier, elle ne nécessite aucun dosage d'additif.15 REVENDICATIONS 1. Dispositif de traitement des gaz d'échappement (1), d'un moteur à combustion, caractérisé en ce que les gaz d'échappement traversent un matériau poreux favorisant la condensation de certains composants du gaz de manière à retenir ces composants sous forme condensée au passage des gaz. 2. Dispositif de traitement (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pores du matériau sont dimensionnés pour favoriser la condensation des molécules d'eau et/ou de molécules hydrocarbonées contenues dans lez gaz d'échappement. 3. Dispositif d'échappement (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les gaz traversent des parois poreuses (3) s'étendant sensiblement dans la direction principale d'écoulement des gaz. 4. Dispositif de traitement (1) selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le matériau poreux est un carbure ou un nitrure de silicium. 5. Dispositif de traitement (1) selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le 25 matériau est une Mullite ou une Cordiérite. 6. Dispositif de traitement (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la taille des pores est comprise entre 5 et 35 microns. 7. Dispositif de traitement (1) selon l'une des 30 revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les parois définissent un empilement de canaux d'écoulement (2) parallèles ouverts à leurs deux extrémités (2a, 2b).- 7 - 8. Dispositif de traitement (1) selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les parois (3) définissent un empilement de canaux d'écoulement parallèles (2) alternativement fermés et ouverts à leurs extrémités d'entrée (2a) des gaz. 9. Dispositif de traitement (1) selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les parois (2) définissent un empilement de canaux d'écoulement parallèles (2) fermés alternativement à leurs extrémités d'entrée (2a) et de sortie (2b) des gaz. 10. Dispositif de traitement (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est disposé en arrière des autres unités de traitement d'une ligne d'échappement (4), dans le sens d'écoulement des gaz.