FR2837660A1 - Reacteur a plasma, procede pour sa fabrication et appareil de commande des emissions d'un vehicule - Google Patents

Reacteur a plasma, procede pour sa fabrication et appareil de commande des emissions d'un vehicule Download PDF

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Abstract

Ce réacteur à plasma comprend un premier élément diélectrique (21), un deuxième élément diélectrique (22) disposé en vis-à-vis du premier, une entretoise (23) située entre les deux éléments diélectriques de telle sorte qu'une région de plasma est formée entre ces éléments, des première et seconde électrodes (24, 25) situées sur les premier et second éléments diélectriques pour produire des décharges par effet couronne et des première et seconde lignes d'alimentation (261, 262) connectées aux premier et second éléments formant électrodes (24, 25) de sorte que ces éléments transmettent une tension électrique provenant des première et seconde lignes.Application notamment aux appareils de commande des émissions de moteurs de véhicules automobiles.

Description

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La présente invention concerne un réacteur à plasma, un procédé de fabrication de ce réacteur et un appareil de commande d'émissions d'un véhicule. Plus particulièrement, la présente invention concerne un réacteur à plasma servant à réduire des gaz nocifs moyennant l'utilisation d'une réaction du plasma, un procédé de fabrication d'un tel réacteur à plasma et un dispositif de commande d'émissions pour réduire les gaz nocifs contenus dans les gaz d'échappement d'un véhicule moyennant l'utilisation d'un tel réacteur à plasma.
Les moteurs diesel sont de plus en plus répandus en raison de leur rendement thermique élevé et de l'économie élevée de carburant qu'ils réalisent par rapport à des moteurs à essence et par conséquent la demande de tels moteurs diesel est en augmentation rapide.
Cependant, les émissions du moteur diesel sont sévèrement réglementées et par conséquent on étudie de nombreux systèmes pour réduire la pollution de l'air produite par les moteurs diesel.
Un système, qui utilise une réaction du plasma est actuellement étudié et ceci a été identifié comme une importante technologie d'avenir étant donné qu'il permet de réduire les oxydes d'azote NOx et la matière particulaire (EPM) du diesel.
Lorsqu'une réaction à effet couronne décharge est obtenue par application d'une haute tension pour former un plasma, une étincelle est aisément produite lors de la décharge, et par conséquent il est nécessaire de disposer d'un procédé/dispositif pour maintenir la décharge créée.
La réduction simultanée de la matière particulaire et des oxydes NOx n'est pas satisfaisante dans l'art antérieur qui utilise une réaction du plasma, et par conséquent il est nécessaire d'y apporter des améliorations.
En outre, quelques types de dispositifs de production de l'effet couronne pour former un plasma sont actuellement étudiés, mais n'ont pas encore suffisamment progressé pour qu'on les utilise dans la pratique. En outre, de tels dispositifs de production de l'effet couronne de l'art antérieur consomment une quantité beaucoup trop importante de l'énergie devant être appliquée à un véhicule, et le
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rôle de la décharge par effet couronne est défaillant lorsque l'électrode est polluée, par exemple par de la suie.
La présente invention a pour but d'apporter des avantages non limitatifs visant à réduire simultanément les matières nocives telles que les particules PM et les oxydes NOx, de réduire la consommation d'énergie et d'empêcher la transition d'étincelles d'un réacteur à plasma, de fournir un procédé de fabrication d'un tel réacteur à plasma et de fournir un dispositif de commande d'émissions utilisant un tel réacteur à plasma.
Un exemple de réacteur à plasma utile dans le cadre de la présente invention comprend un premier élément diélectrique, un second élément diélectrique disposé en vis-à-vis du premier élément diélectrique, une entretoise disposée entre les premier et second éléments diélectriques de telle sorte qu'une région de plasma est formée entre ces éléments ; premier et second éléments formant électrodes, qui sont disposés respectivement sur les premier et second éléments diélectriques pour produire une décharge par effet couronne, et des premier et second éléments formant lignes d'alimentation connectés respectivement aux premier et second éléments formant électrodes de telle sorte que les premier et second éléments formant électrodes transmettent une tension électrique respectivement à partir des premier et second éléments formant lignes d'alimentation.
Selon une autre caractéristique de l'invention, des premier et second trous de jonction sont formés sur des côtés opposés des premier et second éléments diélectriques et de l'entretoise de telle sorte que les premier et second éléments formant lignes d'alimentation sont respectivement insérés dans les premier et second trous de jonction.
Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque surface de contact des premier et second éléments diélectriques, destinée à venir en contact avec un gaz nocif, est recouverte par un revêtement et d'au moins un catalyseur d'oxydation et/ou un catalyseur de suppression de NOx.
Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque surface de contact des premier et second éléments diélectriques
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destinée à venir en contact avec des gaz nocifs, est rugueuse de telle sorte qu'une vitesse d'écoulement des gaz nocifs est réduite et que par conséquent une réaction du plasma est aisément activée.
Selon une autre caractéristique de l'invention, une épaisseur de l'entretoise se situe dans la gamme comprise entre deux et cinq fois l'épaisseur des premier et second éléments diélectriques.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les premier et second éléments formant électrodes sont formés au moyen d'un revêtement d'argent (Ag), de cuivre (Cu) ou d'un alliage des deux (Ag-Cu) posé sur les premier et second éléments diélectriques.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les premier et second éléments formant électrodes sont des plaques de Cu ayant une épaisseur prédéterminée.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les premier et second éléments formant électrodes sont respectivement formés à une distance des premiers et seconds éléments formant lignes d'alimentation, qui se situe dans la gamme comprise entre deux et cinq fois la distance entre les éléments formant électrodes.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les premier et second éléments formant électrodes possèdent une configuration maillée ou sont poreux.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les premier et second éléments formant lignes d'alimentation sont formés d'argent (Ag), de cuivre (Cu) ou d'un alliage des deux (Ag-Cu).
Selon une autre caractéristique de l'invention, les éléments formant lignes d'alimentation sont une ligne de liaison.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les éléments formant lignes d'alimentation sont boulonnés dans les premier et second éléments diélectriques.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le réacteur à plasma comporte en outre l'un d'un treillis de fil de forme sphérique et d'un ressort, disposé au niveau d'un trou de jonction formé à travers les premier et second éléments diélectriques et l'entretoise, de telle sorte qu'une connexion électrique avec l'élément formant ligne d'alimentation est améliorée.
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Un exemple de procédé de fabrication d'un réacteur à plasma utile dans le cadre de la présente invention consiste à préparer des premier et second éléments diélectriques ayant une forme plane, une pluralité d'entretoises de telle sorte que le second élément diélectrique peut être disposé en vis-à-vis du premier élément diélectrique et que l'entretoise permet d'isoler le premier élément diélectrique par rapport au second élément diélectrique, former des premier et second trous de jonction destinés à recevoir respectivement des premier et second éléments formant lignes d'alimentation, sur des côtés correspondants des premier et second éléments diélectriques, et des entretoises, les éléments formant lignes d'alimentation étant à même de transmettre une puissance électrique, former un élément formant électrode sur chacun desdits premier et second éléments diélectriques, disposer les premier et second éléments diélectriques qui se font face et entre lesquels est disposée l'entretoise de telle sorte qu'une région de plasma est formée de manière à permettre une circulation de gaz nocifs, et produire une cellule de réacteur à plasma en introduisant les premier et second éléments formant lignes d'alimentation respectivement dans les premier et second trous de jonction de telle sorte que les éléments formant lignes d'alimentation sont en contact avec les éléments formant électrodes correspondants.
Selon une caractéristique de l'invention, l'accumulation d'une pluralité de cellules de réacteur à plasma, et l'injection d'un matériau conducteur dans les premier et second trous de jonction de telle sorte qu'une tension peut être appliquée aux éléments formant électrodes de la pluralité de cellules du réacteur à plasma.
Un exemple d'appareil de commande d'émission d'un moteur utile dans le cadre de la présente invention comprend un boîtier servant à recevoir les gaz d'échappement du moteur, un réacteur à plasma disposé dans le boîtier, le réacteur à plasma comprenant : un premier élément diélectrique, un second élément diélectrique disposé en vis-à-vis du premier élément diélectrique, une entretoise disposée entre les premier et second éléments diélectriques de telle sorte qu'une région de plasma est formée entre ces éléments ; premier et second éléments formant électrodes, qui sont disposés respectivement
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sur les premier et second éléments diélectriques pour produire une décharge par effet couronne, et des premier et second éléments formant lignes d'alimentation connectés respectivement aux premier et second éléments formant électrodes de telle sorte que les premier et second éléments formant électrodes transmettent une tension électrique respectivement à partir des premier et second éléments formant lignes d'alimentation, un mat disposé entre le réacteur à plasma et le boîtier, une unité d'alimentation en énergie comprenant 'une source d'alimentation en énergie électrique, une unité formant transformateur pour transformer l'énergie électrique de la source d'alimentation en une énergie correspondant à une tension alternative de 100-1000 Hz et une tension de 1-100 kV, et un câble électrique pour délivrer l'énergie électrique transformée, et une bougie pour recevoir l'énergie électrique transformée, par l'intermédiaire du câble électrique, et pour transmettre l'énergie électrique transformée reçue au réacteur à plasma.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'unité formant transformateur comprend : un récepteur pour recevoir l'énergie électrique de la part de la source d'alimentation, un contrôleur pour produire un signal de commande de la fréquence et de la tension pour produire une décharge par effet couronne, un générateur de fonction pour transformer une énergie électrique en une énergie d'une onde sinusoïdale ayant une fréquence de 100-1000 Hz conformément au signal de commande du contrôleur, un transformateur servant à élever la tension de l'énergie électrique dans une gamme de 1-100 kV conformément au signal de commande du contrôleur, et une partie de sortie servant à délivrer l'énergie électrique, l'énergie électrique étant transformée dans le générateur de fonction et étant élevée au niveau du transformateur.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la bougie comprend : une bougie externe connectée au câble électrique, une partie de liaison, formée sur un côté inférieur de la bougie externe, pour réunir étroitement la bougie au boîtier de telle sorte que les gaz d'échappement ne fuient pas au niveau de la liaison, un isolant céramique formé sur un côté inférieur de la partie de liaison, pour
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empêcher la formation d'étin- celles, une bougie interne, disposée sur un côté inférieur de l'isolant céramique, pour l'envoi d'une énergie électrique pour un corps en plasma, et une électrode de bougies, qui pénètre depuis la bougie externe pour atteindre la bougie interne de telle sorte que l'électrode de bougie est connectée au câble électrique et est exposée au niveau d'un côté inférieur de la bougie interne.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'isolant de céramique supporte, dans une gamme prédéterminée de fréquences, une tension égale à au moins 1,5 fois la tension de sortie de l'unité d'alimentation en énergie.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'isolant céramique possède une section transversale circulaire et est installé à l'intérieur du réacteur à plasma.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'appareil de commande d'émissions d'un moteur comporte en outre un élément élastique disposé sur l'électrode à bougies de telle sorte qu'une connexion électrique avec l'élément formant ligne d'alimentation est améliorée.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le boîtier est réalisé en acier inoxydable.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'isolant céramique, qui comporte un composé d'alumine, est appliqué sur une partie dans laquelle la bougie est installée.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le mat possède une épaisseur de 3 à 5 mm et est formé d'un composé contenant plus de 90% d'alumine.
Selon une autre caractéristique de l'invention, une épaisseur du mat est supérieure au double de la distance entre les premier et second éléments formant électrodes.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1A est une vue en coupe destinée à montrer un réacteur à plasma selon une forme de réalisation préférée de la
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présente invention; - la figure 1B est une vue en coupe transversale destinée à montrer un réacteur à plasma selon une forme de réalisation préférée de la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe et en perspective montrant une cellule d'un réacteur à plasma selon une forme de réalisation préférée de la présente invention; - la figure 3 est un organigramme représentant un procédé de fabrication d'un réacteur à plasma selon une forme de réalisation préférée de la présente invention; - la figure 4 est une vue en perspective éclatée montrant un dispositif de commande d'émissions conformément à une forme de réalisation préférée de la présente invention; - la figure 5 montre un schéma-bloc représentant une unité d'alimentation en énergie d'un dispositif de commande d'émissions conformément à une forme de réalisation préférée de la présente invention ; et - la figure 6 est une vue en plan détaillée d'une bougie à haute tension d'un dispositif de commande d'émissions conformément à une forme de réalisation préférée de la présente invention.
On va décrire ci-après une forme de réalisation préférée de la présente invention d'une manière détaillée en référence aux dessins annexés.
Comme cela est représenté sur les figures 1A, 1B et 2, un réacteur à plasma 20 selon une forme de réalisation préférée de la présente invention est formé par accumulation d'une pluralité de cellules (ou couches) du réacteur à plasma, et chaque cellule du réacteur à plasma comprend : un premier élément diélectrique 21, un second élément diélectrique 22 disposé en vis-à-vis du premier élément diélectrique 21, une entretoise 23 disposée entre les premier et second éléments diélectriques 21 et 22 de telle sorte qu'une région de plasma "(P)" est formée entre ces éléments, les premier et second éléments formant électrodes 24 et 25, qui sont disposés respectivement sur les premier et second éléments diélectriques 21 et 22 pour produire une décharge par effet couronne, et des premier et second
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éléments 261 et 262 formant lignes d'alimentation, qui sont connectés respectivement aux premier et second éléments formant électrodes 24 et 25 de telle sorte que les premier et second éléments formant électrodes 24 et 25 reçoivent une tension électrique respectivement des premier et second éléments 261 et 262 formant lignes d'alimentation.
Des premier et second trous de jonction 271 et 272 sont formés sur des côtés opposés des premier et second éléments diélectriques 21 et 22 et de l'entretoise 23 de telle sorte que les premier et second éléments 261 et 262 formant lignes d'alimentation sont insérés respectivement dans les premier et second trous de jonction 271 et 272.
Chaque surface de contact des premier et second éléments diélectriques 21 et 22 destinés à venir en contact avec des gaz nocifs (ou des gaz d'échappement d'un moteur) est recouverte d'un revêtement et d'au moins un catalyseur d'oxydation et d'un catalyseur de suppression des oxydes NOx.
De même les surfaces de contact des premier et second éléments diélectriques 21 et 22 sont rugueuses, et par exemple sont recouvertes respectivement de nombreux passages 211 et 221 de sorte que la vitesse de circulation des gaz nocifs est réduite et que de façon correspondante la réaction du plasma est aisément activée.
L'épaisseur de l'entretoise 23 se situe dans la gamme comprise entre deux et cinq fois celle des premier et second éléments diélectriques 21 et 22 afin d'empêcher que des étincelles entre la première électrode 24 et le second élément 262 formant ligne d'alimentation ou entre le second élément formant électrode 25 et le premier élément 261 formant ligne d'alimentation.
Par conséquent la distance entre les premier et second éléments formant électrodes 24 et 25 est égale au moins à quatre fois l'épaisseur de chacun des premiers et seconds éléments diélectriques 21 et 22.
Les premier et second éléments formant électrodes 24 et 25 sont formés par dépôt d'un revêtement de Ag (argentum ou argent), de Cu (cuivre), ou un alliage Ag-Cu des deux sur les premier et second
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éléments diélectriques 21 et 22 ou bien sont formés sous la forme de plaques de Cu ayant une épaisseur prédéterminée.
La gamme préférable d'épaisseurs de l'entretoise 23 est déterminée sur la base d'expériences, dans lesquelles la consommation d'énergie est réduite, tandis qu'une étincelle entre les éléments diélectriques est empêchée.
De façon plus détaillée, on détermine l'épaisseur de l'entretoise 23 en mettant l'accent de préférence sur le maintien d'une distance préférable entre les premier et second éléments formant électrodes 24 et 25 plutôt que sur le fait d'empêcher une étincelle entre les éléments formant lignes d'alimentation 261 et 262 et les éléments formant électrodes 24 et 25.
Les premiers et seconds éléments formant électrodes 24 et 25 sont respectivement formés séparés des premiers et seconds éléments formant lignes d'alimentation 262 et 261 par une distance qui se situe dans la gamme comprise entre deux et cinq fois celle entre les éléments formant électrode 24 et 25 de sorte que la fixation d'une étincelle entre ces éléments est empêchée.
La distance préférable, dont les éléments formant électrodes 24 et 25 sont séparés des éléments correspondants formant lignes d'alimentation 262 et 261, est obtenue par expérimentation.
Les premier et second éléments formant électrodes 24 et 25 possèdent une configuration maillée ou sont poreux de sorte qu'une réaction du plasma est plus facilement activée étant donné que de tels types d'éléments formant électrodes réduisent la tension de déclenchement de la réaction par effet couronne et renforcent la décharge par effet couronne.
Les premiers et seconds éléments formant lignes d'alimentation 261 et 262 sont formés de Ag, de Cu ou d'un alliage AgCu. Les éléments formant lignes d'alimentation 261 et 262 peuvent être formés d'une ligne de liaison ou une forme de boulon de sorte qu'ils peuvent être respectivement boulonnés dans les premier et second éléments diélectriques 21 et 22 respectivement à travers les trous de jonction 271 et 272.
Un espace de jonction 29 est formé sur une extrémité des
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trous de jonction 271 et 272 et traverse les premiers et seconds éléments diélectriques 21 et 22 et l'entretoise 23.
Un treillis de fil de forme sphérique 281 est disposé au niveau de l'espace de jonction 29 de sorte qu'une connexion électrique entre l'élément formant ligne d'alimentation 261 et une bougie à haute tension 40 peut être améliorée.
A la place du treillis de fil 281, on peut utiliser un ressort 282 et le disposer au niveau d'une électrode 45 de la bougie à haute tension 40 en tant que seconde forme de réalisation, comme cela est représenté sur la figure lb.
Par conséquent, une énergie à haute tension peut être appliquée au premier élément formant ligne d'alimentation 261, et le second élément 262 est connecté à la masse.
Conformément aux formes de réalisation de la présente invention, lorsqu'une énergie à haute tension est appliquée au premier élément formant ligne d'alimentation 261, une décharge par effet couronne est formée dans la région de plasma "(P)".
Des électrons dans la décharge par effet couronne formée possèdent des énergies élevées de sorte qu'ils forment des radicaux lorsqu'ils rencontrent des substances telles que de l'oxygène, de l'azote et une vapeur aqueuse, et de tels radicaux formés réagissent avec les substances nocives de manière à être transformées en d'autres substances, et de ce fait les substances nocives sont éliminées.
En référence aux figures 1A, 1B, 2 et 3, on va décrire ciaprès de façon détaillée une forme de réalisation préférée d'un procédé de fabrication d'un réacteur à plasma.
Tout d'abord, lors de l'étape S110, on prépare des premier et second éléments diélectriques 21 et 22 ayant une forme plane et une pluralité d'entretoises 23 de sorte que le second élément diélectrique 22 peut être disposé en vis-à-vis du premier élément diélectrique 21 et que l'entretoise 23 peut isoler le premier élément diélectrique vis-à-vis du second.
Ensuite, lors de l'étape S120, on forme des premier et second trous de jonction 273 et 272 servant à recevoir respectivement des premier et second éléments formant lignes d'alimentation 261 et
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262, en des sites correspondants des premier et second éléments diélectriques 21 et 22 et des entretoises 23, les éléments formant lignes d'alimentation 261 et 262 étant à même de transmettre une énergie électrique.
L'isolation est améliorée étant donné que les trous de jonction 271 et 272 sont formés à travers les premiers et seconds éléments diélectriques 21 et 22 et à travers l'entretoise 23.
Lors de l'étape S130, on forme respectivement les premier et second éléments formant électrodes 24 et 25 dans les premier et second éléments diélectriques 21 et 22 et on positionne les premier et second éléments diélectriques 21 et 22 de manière qu'ils soient situés en vis-à-vis, les entretoises 23 étant disposées entre eux de telle sorte qu'une région de plasma "(P)" est formée pour permettre une circulation de gaz nocifs.
Ensuite, lors d'une étape S140, la production d'une cellule de réacteur à plasma (ou d'une couche) du réacteur à plasma est achevée au moyen de l'insertion des premier et second éléments formant lignes d'alimentation 261 et 262 respectivement dans les premier et second trous de jonction 271 et 272 de telle sorte que les éléments de lignes d'alimentation 261 et 262 touchent des éléments formant électrodes correspondants.
Ensuite, lors d'une étape S150, on forme le réacteur à plasma 20 en accumulant une pluralité de cellules ainsi formées du réacteur à plasma, et on injecte un matériau conducteur dans les premier et second trous de jonction 271 et 272 de telle sorte qu'une tension peut être appliquée aux éléments formant électrodes 24 et 25 de la pluralité de cellules du réacteur à plasma.
Les cellules du réacteur à plasma sont cumulées alternativement de sorte que le premier élément formant électrode 24 des cellules est adjacent à une autre cellule et que le second élément formant électrode 25 d'une cellule peut être adjacent à celui d'une autre cellule.
Un réacteur à plasma ainsi formé, constitué de cellules multiples, est installé dans un boîtier 30 qui sera décrit plus loin de façon détaillée.
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Chaque surface de contact des premier et second éléments diélectriques 21 et 22, destinés à venir en contact avec des gaz nocifs (ou des gaz d'échappement d'un moteur), est recouverte d'un revêtement et de l'un d'au moins un catalyseur d'oxydation et un catalyseur de suppression de NOx.
De même les surfaces de contact des premier et second éléments diélectriques 21 et 22 sont rugueuses et par exemple sont recouvertes respectivement par de nombreux bossages 211 et 221 de telle sorte que la vitesse de circulation des gaz nocifs est réduite et que par conséquent la réaction du plasma est aisément activée.
L'épaisseur de l'entretoise 23 se situe dans la gamme comprise enter deux et cinq fois l'épaisseur des premier et second éléments diélectriques 21 et 22 afin d'empêcher la formation d'une étincelle entre le premier élément formant électrode 24 et le second élément formant ligne d'alimentation 26 ou entre le second élément formant électrode 25 et le premier élément formant ligne d'alimentation 261.
Les premier et second éléments formant électrodes 24 et 25 sont formés au moyen du dépôt d'un revêtement de Ag (argent), de Cu (cuivre) ou d'un alliage Ag-Cu des deux sur les premier et second éléments diélectriques 21 et 22, ou sont formés de plaques de Cu ayant une épaisseur prédéterminée.
Les premier et second éléments formant électrodes 24 et 25 sont respectivement formés à une distance des premier et second éléments formant lignes d'alimentation 262 et 261, qui se situe dans la gamme comprise entre deux et cinq fois la distance entre les éléments formant électrodes 24 et 25, de telle sorte que la formation d'une étincelle entre ces éléments est empêchée.
Les premier et second éléments formant électrodes 24 et 25 possèdent une configuration maillée carrée ou sont poreux de telle sorte que la réaction du plasma est plus facilement activée, étant donné que de tels types d'éléments formant électrodes réduisent la tension de déclenchement de la réaction par effet couronne et renforcent la décharge par effet couronne.
On a déjà décrit pour quelle raison et de quelle manière
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on obtient la limitation numérique, dans la description concernant la forme de réalisation du réacteur à plasma.
Les premier et second éléments formant lignes d'alimentation 261 et 262 sont formés de Ag, de Cu ou d'un alliage AgCu. Les éléments formant lignes d'alimentation 261 et 262 peuvent être formés d'une ligne de liaison, ou avec une forme de boulon de sorte qu'ils peuvent être respectivement boulonnés dans les premier et second éléments diélectriques 21 et 22 respectivement à travers les trous de jonction 271 et 272.
Entre les cellules, on peut appliquer des matériaux isolants ou adhésifs auxiliaires aux premiers et seconds éléments 21 et 22.
Ci-après on va décrire de façon détaillée, en référence aux figures 4 et 5, un appareil de commande d'émissions utilisant un tel réacteur à plasma 20 conformément à une forme de réalisation de la présente invention.
Un appareil de commande d'émissions utilisant un réacteur à plasma mettant en oeuvre une décharge par effet couronne déclenchée par une haute tension conformément à une forme de réalisation préférée, pouvant être adaptée dans un système d'échappement d'un moteur à essence ou d'un moteur diesel, réduit les substances polluantes telles que les substances particulaires PM, les oxydes d'azote NOx et les hydrocarbures HC dans les gaz d'échappement du moteur.
Un appareil de commande d'émissions utilisant un réacteur à plasma conformément à une forme de réalisation préférée inclut : un boîtier 30 formé d'un matériau conducteur et destiné à recevoir les gaz d'échappement d'un moteur, un réacteur à plasma 20conformément à une forme de réalisation de la présente invention, le rotor à plasma 20 étant disposé dans le boîtier 30, un mat 50 disposé entre le réacteur à plasma 20 et le boîtier 30 pour protéger le réacteur à plasma 20, une unité d'alimentation en énergie 10 pour appliquer une haute tension au réacteur à plasma 20de manière à former une décharge par effet couronne pour une réaction du plasma, et au moins une bougie à haute tension 40, disposée entre l'unité d'alimentation en énergie
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10 et le réacteur à plasma 20 pour transmettre une haute tension depuis l'unité d'alimentation en énergie 10 au réacteur à plasma 20.
Le boîtier est protégé vis-à-vis des étincelles de la bougie à haute tension 40.
Un schéma-bloc détaillé de l'unité d'alimentation en énergie 10 est représenté sur la figure 5.
Comme cela est représenté sur la figure 5, l'unité d'alimentation en énergie 10 comprend : une source 11 d'alimentation en énergie électrique, une unité formant transformateur 120 connectée à la source d'alimentation 11 pour transformer l'énergie électrique de la source d'alimentation 11 en une énergie alternative d'une fréquence de 100-1000 Hz et d'une tension de 1-100 kV, et un câble électrique 13 servant à délivrer l'énergie électrique transformée au réacteur à plasma 20.
La source d'alimentation 11 peut être réalisée au moyen d'une batterie d'un véhicule, habituellement à 12 V ou 24 V, ou bien par un premier ou un second alternateur servant à produire une énergie à courant alternatif, monté habituellement dans un véhicule en tant que partie auxiliaire d'un moteur.
L'unité formant transformateur 120 inclut : un récepteur 121 servant à recevoir l'énergie électrique de la part de la source d'alimentation 11, un contrôleur 122 servant à produire un signal de commande de fréquence et de tension pour la production d'une décharge par effet couronne sur la base d'un signal de sortie, un générateur de fonction 123 servant à transformer l'énergie électrique en une énergie formée d'une onde sinusoïdale à une fréquence de 100-1000 Hz conformément au signal de commande du contrôleur 122, un transformateur 124 servant à élever la tension d'alimentation électrique pour l'amener dans une gamme de 1-100 kV conformément au signal de commande du contrôleur 122, et une partie de sortie 125 pour délivrer une énergie électrique, l'énergie électrique étant transformée dans le générateur de fonction 123 et étant accrue dans le transformateur 124.
Le signal d'entrée du contrôleur 122 peut être réalisé sous la forme d'un signal de sortie d'une unité de commande
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électronique (ECU) 14 délivrant le signal de sortie sur la base d'une pluralité de paramètres du véhicule tels que la vitesse de rotation (tr/mn) du moteur et la position du papillon des gaz.
Un filtre (non représenté) peut être monté sur le récepteur 121 de sorte qu'une énergie plus stable à courant alternatif peut être reçue dans le récepteur 121.
Une vue plus détaillée de la bougie à haute tension 40 de la figure 4 est représentée sur la figure 6.
Comme représenté sur la figure 6, la bougie à haute tension 40 comprend : une broche externe 41 devant être connectée au câble électrique 13 de l'unité d'alimentation en énergie 10, une partie de liaison 42 formée sur un côté inférieur de la broche externe 41, destinée à réunir la bougie à haute tension 40 au boîtier 30 de sorte que les gaz d'échappement ne fuient pas au niveau de cette liaison, un isolateur céramique 43 formé sur un côté inférieur de la partie de liaison 42 pour réaliser une isolation de manière à empêcher des étincelles, une broche interne 44 disposée sur un côté inférieur de l'isolant en céramique 43, pour réaliser une alimentation stable en énergie électrique du réacteur à plasma 20, et une électrode de bougie 45, qui pénètre depuis la broche externe 41 dans la broche interne 44 de telle sorte que l'électrode de bougie 45 est connectée, à une extrémité, au câble électrique 13 et est exposée, à l'autre extrémité, sur le côté inférieur de la broche interne 44.
Le câble électrique 13 peut être connecté à la broche externe 41 de la bougie à haute tension 40 de la même manière que cela est usuel dans des connexions entre des bougies d'allumage et des câbles à haute tension.
La partie de liaison 42 peut être réalisée sous la forme d'un filetage mâle destiné à engrener dans un filetage femelle formé sur le boîtier.
L'isolateur céramique 43 est formé d'un composé d'alumine (A1203) de telle sorte qu'il supporte, dans une gamme prédéterminée de fréquences, au moins 1,5 fois la tension de sortie de l'unité d'alimentation en énergie 10. Une capacité d'isolation excessive de plus de 3,5 fois la tension de sortie de l'unité d'alimentation en
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énergie 10 n'est pas nécessaire.
Le facteur 1,5 est obtenu comme suit. La tension instantanée de l'alimentation à courant alternatif est sinusoïdale et sa valeur maximale instantanée est égale à environ V2 fois la tension efficace moyenne, et l'amplitude de la tension alternative est rapportée à la tension efficace moyenne. C'est pourquoi la tension de sortie de l'unité d'alimentation en énergie 10 est instantanément légèrement supérieure à 1,4 fois sa valeur moyenne effective. Une tolérance de fonctionnement de la source d'alimentation 11 est également prise en compte dans le facteur 1,5.
L'isolateur céramique 43 possède une section transversale circulaire destinée à empêcher des étincelles et est installée à l'intérieur du réacteur à plasma 20.
Le composé céramique isolant formé de plus de 90 % d'alumine est intercalé là où la bougie à haute tension 40 est installée. La bougie à haute tension 40, qui possède une structure similaire à une bougie à allumage d'un moteur, n'est pas connectée à la masse et par conséquent transmet une haute tension à la première ligne au premier élément formant ligne d'alimentation 261.
En se référant à nouveau à la figure 4, le boîtier 30tel qu'il est réalisé inclut : des tubulures coniques 311 et 312 disposées respectivement sur les parties avant et arrière du réacteur à plasma 20 de manière à introduire et éjecter des gaz d'échappement d'un moteur; et des éléments en forme d'étriers 321 et 322 disposés sur les côtés supérieur et inférieur du réacteur à plasma 20 pour encapsuler le réacteur à plasma 20. Un tel boîtier 30 est réalisé en acier inoxydable, qui est exempt de toute corrosion et possède une haute durabilité.
Le mat 50est formé d'un composé comportant plus de 90 d'alumine, de sorte qu'il améliore l'isolation entre le réacteur à plasma 20et le boîtier 30. L'épaisseur du mat est égale de préférence à 3-5 mm pour un montage mieux ajusté du réacteur à plasma dans le boîtier 30.
L'épaisseur du mat 50 est déterminée en tant que valeur qui est supérieure au double de la distance entre les éléments formant
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électrodes 24 et 25 dans le réac- teur à plasma 20.
En outre, une électrode de masse (non représentée) et une plaque céramique isolante (non représentée) sont disposées au niveau de la surface la plus élevée et de la surface la plus basse du réacteur à plasma 20 de sorte que la formation d'étincelles en direction du boîtier 30est empêchée.
On va décrire ci-après de façon détaillée le fonctionnement de l'appareil de commande d'émissions décrit d'une forme de réalisation préférée de la présente invention.
L'appareil de commande d'émissions d'un véhicule selon une forme de réalisation de la présente invention réduit les substances nocives contenues dans le réacteur à plasma 20 de cellules multiples utilisant une décharge par effet couronne.
De façon plus détaillée, l'unité formant transformateur 120 de l'unité d'alimentation en énergie 10 reçoit une énergie - électrique de la part de la source d'alimentation 11 et règle la tension pour la production d'une décharge à effet couronne sur la base de signaux tels que la position du papillon des gaz et la vitesse de rotation du moteur (tr/mn) reçus par l'unité ECU 14.
Le générateur de fonction 123 transforme l'énergie électrique reçue en une énergie possédant une onde sinusoïdale ayant une fréquence de 100-1000 Hz conformément au signal de commande du contrôleur 122 et le transformateur 124 élève la tension de l'énergie électrique pour l'amener dans une gamme de 1-100 kV conformément au signal de commande du contrôleur 122.
L'unité ECU 14 produit et transfère un signal de sortie sur la base d'une pluralité de paramètres du véhicule tels que la vitesse de rotation (tr/mn) du moteur et la position du papillon des gaz au contrôleur 122, et le contrôleur 122 produit et transmet des signaux de commande de fréquences et de tension au générateur de fonction 123 et au transformateur 124.
Une tension alternative de l'énergie électrique transformée et accrue est envoyée au réacteur à plasma 20et forme une décharge par effet couronne servant à produire une réaction du plasma.
Le câble électrique à haute tension 13 est utilisé pour transmettre de
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façon sûre la haute tension alternative au réacteur à plasma 20.
Les éléments formant lignes d'alimentation 261 et 262 transmettent d'une manière stable l'énergie électrique pour les premier et second éléments formant électrodes 24 et 25.
Les premier et second éléments formant électrodes 24 et 25 ont une configuration de treillis ou sont poreux de telle sorte que la réaction du plasma est activée plus facilement étant donné que de tels types d'éléments formant électrodes réduisent la tension de déclenchement de la réaction par effet couronne et renforcent la décharge par effet couronne.
L'entretoise 23 qui forme l'espace permettant un courant de gaz d'échappement empêche l'apparition d'étincelles entre les éléments formant lignes d'alimentation 261 et 262 et les éléments formant électrodes 24 et 25.
Si les surfaces de contact des premier et second éléments diélectriques 21 et 22 sont recouvertes par un catalyseur d'oxydation, le CO (monoxyde de carbone) est en outre réduit et, si les surfaces sont recouvertes par un catalyseur de suppression des oxydes NOx, les oxydes NOx sont en outre réduits.
La rugosité des surfaces de contact des premiers et seconds éléments diélectriques 21 et 22 permet de réduire la vitesse de circulation des gaz nocifs, et par conséquent la réaction du plasma est plus facilement activée.
Le boîtier 30 est adopté pour protéger le réacteur à plasma 20 vis-à-vis de son environnement, et le mat céramique 50 protège le plasma vis-à-vis de vibrations et empêche la formation d'une étincelle entre le boîtier 30 et le réacteur à plasma 20.
Comme cela a été décrit précédemment, l'appareil de commande d'émissions de la forme de réalisation préférée réduit les matières particulaires et les gaz nocifs dans les gaz d'échappement et par conséquent peut être adopté dans un système d'échappement d'un véhicule pour améliorer les effets de commande des émissions.
En outre, conformément à des formes de réalisation préférées, la consommation en énergie est réduite et la substance
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particulaire et les gaz nocifs sont réduits simultanément grâce à l'utilisation d'une décharge par effet couronne.
En outre la formation d'étincelles est empêchée par le mat céramique, et la durabilité du mat et du réacteur à plasma sont améliorées par la présence du boîtier.
Bien que la présente invention ait été décrite en référence à ce qui est considéré actuellement comme la forme de réalisation la plus pratique et préférée, on comprendra que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et au contraire est censée englober de nombreuses variantes et agencements équivalents.

Claims (35)

REVENDICATIONS
1. Réacteur à plasma, caractérisé en ce qu'il comporte : un premier élément diélectrique (21), un second élément diélectrique (22) disposé en vis-à-vis du premier élément diélectrique, une entretoise (23) disposée entre les premier et second éléments diélectriques de telle sorte qu'une région de plasma est formée entre ces éléments; des premier et second éléments formant électrodes (24, 25), qui sont disposés respectivement sur les premier et second éléments diélectriques (21,22) pour produire une décharge par effet couronne, et des premier et second éléments formant lignes d'alimentation (261,262) connectés respectivement aux premier et second éléments formant électrodes de telle sorte que les premier et second éléments formant électrodes (24,25) transmettent une tension électrique respectivement à partir des premier et second éléments formant lignes d'alimentation.
2. Réacteur à plasma selon la revendication 1, caractérisé en ce que des premier et second trous de jonction (271,272) sont formés sur des côtés opposés des premier et second éléments diélectriques (21,22), et de l'entretoise (23) de telle sorte que les premier et second éléments formant lignes d'alimentation (261,262) sont respectivement insérés dans les premier et second trous de jonction.
3. Réacteur à plasma selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque surface de contact des premier et second éléments diélectriques (21, 22), destinée à venir en contact avec un gaz nocif, est recouverte par un revêtement et d'au moins un catalyseur d'oxydation et/ou un catalyseur de suppression de NOx.
4. Réacteur à plasma selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque surface de contact des premier et second éléments diélectriques (21,22) destinée à venir en contact avec des gaz nocifs, est rugueuse de telle sorte qu'une vitesse d'écoulement des gaz nocifs est réduite et que par conséquent une réaction du plasma
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est aisément activée.
5. Réacteur à plasma selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une épaisseur de l'entretoise se situe dans la gamme comprise entre deux et cinq fois l'épaisseur des premier et second éléments diélectriques.
6. Réacteur à plasma selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second éléments formant électrodes (24,25) sont formés au moyen d'un revêtement d'argent (Ag), de cuivre (Cu) ou d'un alliage des deux (Ag-Cu) posé sur les premier et second éléments diélectriques.
7. Réacteur à plasma selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second éléments formant électrodes (24,25) sont des plaques de cuivre (Cu) ayant une épaisseur prédéterminée.
8. Réacteur à plasma selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second éléments formant électrodes (24,25) sont respectivement formés à une distance des premier et second éléments formant lignes d'alimentation (261,262), qui se situe dans la gamme comprise entre deux et cinq fois la distance entre les éléments formant électrodes.
9. Réacteur à plasma selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second éléments formant électrodes (24,25) possèdent une configuration maillée ou sont poreux.
10. Réacteur à plasma selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second éléments formant lignes d'alimentation (261,262) sont formés d'argent (Ag), de cuivre (Cu) ou d'un alliage des deux (Ag-Cu).
11. Réacteur à plasma selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments formant lignes d'alimentation (261,262) sont une ligne de liaison.
12. Réacteur à plasma selon la revendication l, dans lequel les éléments formant lignes d'alimentation (261,262) sont boulonnés dans les premier et second éléments diélectriques.
13. Réacteur à plasma selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un treillis de fil (281) de forme sphérique ou un ressort (282), disposé au niveau d'un trou de
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jonction formé à travers les premier et second éléments diélectriques et l'entretoise, de telle sorte qu'une connexion électrique avec l'élément formant ligne d'alimentation est améliorée.
14. Procédé de fabrication d'un réacteur à plasma, caractérisé en ce qu'il consiste à : préparer des premier et second éléments diélectriques (21, 22) ayant une forme plane, une pluralité d'entretoises (23) de telle sorte que le second élément diélectrique peut être disposé en vis-àvis du premier élément diélectrique et que l'entretoise permet d'isoler le premier élément diélectrique par rapport au second élément diélectrique, former des premier et second trous de jonction (271,272) destinés à recevoir respectivement des premier et second éléments formant lignes d'alimentation (261, 262), sur des côtés correspondants des premier et second éléments diélectriques, et des entretoises, les éléments formant lignes d'alimentation étant à même de transmettre une puissance électrique, former un élément formant électrode (24,25) sur chacun desdits premier et second éléments diélectriques, disposer les premier et second éléments diélectriques (21, 22) qui se font face et entre lesquels est disposée l'entretoise (23) de telle sorte qu'une région de plasma est formée de manière à permettre une circulation de gaz nocifs, et produire une cellule de réacteur à plasma (20) en introduisant les premier et second éléments formant lignes d'alimentation respectivement dans les premier et second trous de jonction de telle sorte que les éléments formant lignes d'alimentation sont en contact avec les éléments formant électrodes correspondants.
15. Procédé de fabrication d'un réacteur à plasma selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : l'accumulation d'une pluralité de cellules de réacteur à plasma, et l'injection d'un matériau conducteur dans les premier et second trous de jonction de telle sorte qu'une tension peut être appliquée aux éléments formant électrodes de la pluralité de cellules
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du réacteur à plasma.
16. Procédé de fabrication d'un réacteur à plasma selon la revendication 14, caractérisé en ce que chaque surface de contact des premier et second éléments diélectriques (21, 22) destinée à venir en contact avec des gaz nocifs, est recouverte par un revêtement et par au moins un catalyseur d'oxydation et/ou un catalyseur de suppression de NOx.
17. Procédé de fabrication d'un réacteur à plasma selon la revendication 14, caractérisé en ce que chaque surface de contact des premier et second éléments diélectriques (21, 22), destinée à venir en contact avec des gaz nocifs, est rugueuse de sorte qu'une vitesse de circulation des gaz nocifs est réduite et que par conséquent une réaction du plasma est aisément activée.
18. Procédé de fabrication d'un réacteur à plasma selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'une épaisseur de l'entretoise se situe dans la gamme comprise entre deux et cinq fois l'épaisseur des premier et second éléments diélectriques.
19. Procédé de fabrication d'un réacteur à plasma selon la revendication 14, caractérisé en ce que les premier et second éléments formant électrodes (24, 25) sont formés par un revêtement d'argent (Ag), de cuivre (Cu) ou d'un alliage des deux (Ag-Cu) déposé respectivement sur les premier et second éléments diélectriques.
20. Procédé de fabrication d'un réacteur à plasma selon la revendication 14, caractérisé en ce que les premier et second éléments formant électrodes (24, 25) sont des plaques de cuivre (Cu) ayant une épaisseur prédéterminée.
21. Procédé de fabrication d'un réacteur à plasma selon la revendication 14, caractérisé en ce que les premier et second éléments formant électrodes (24, 25) sont formés respectivement à une distance des premier et second éléments formant lignes d'alimentation, qui se situe dans la gamme comprise entre deux et cinq fois la distance entre les éléments formant électrodes.
22. Procédé de fabrication d'un réacteur à plasma selon la revendication 14, caractérisé en ce que les premier et second éléments formant électrodes (24,25) possèdent une configuration maillée ou
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sont poreux.
23. Procédé de fabrication d'un réacteur à plasma selon la revendication 14, caractérisé en ce que les premier et second éléments formant lignes d'alimentation (261, 262) sont formés d'argent (Ag), de cuivre (Cu) ou d'un alliage des deux (Ag-Cu).
24. Procédé de fabrication d'un réacteur à plasma selon la revendication 13, caractérisé en ce que les éléments formant lignes d'alimentation (261,262) sont formés d'une ligne de liaison.
25. Procédé de fabrication d'un réacteur à plasma selon la revendication 14, caractérisé en ce que les éléments formant lignes d'alimentation (261,262) sont boulonnés dans les premier et second éléments diélectriques.
26. Appareil de commande d'émissions d'un moteur, caractérisé en ce qu'il comporte : un boîtier (30) servant à recevoir les gaz d'échappement du moteur, un réacteur à plasma (20) disposé dans le boîtier, le réacteur à plasma comprenant : un premier élément diélectrique (21), un second élément diélectrique (22) disposé en vis-à-vis du premier élément diélectrique, une entretoise (23) disposée entre les premier et second éléments diélectriques de telle sorte qu'une région de plasma est formée entre ces éléments; des premier et second éléments formant électrodes (24,25), qui sont disposés respectivement sur les premier et second éléments diélectriques pour produire une décharge par effet couronne, et des premier et second éléments formant lignes d'alimentation (261,262) connectés respectivement aux premier et second éléments formant électrodes de telle sorte que les premier et second éléments formant électrodes transmettent une tension électrique respectivement à partir des premier et second éléments formant lignes d'alimentation, un mat (50) disposé entre le réacteur à plasma et le boîtier, une unité d'alimentation en énergie (10) comprenant une source d'alimentation en énergie électrique (11), une unité formant transformateur (120) pour transformer l'énergie électrique de la source d'alimentation en une énergie correspondant à une tension
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alternative de 100-1000 Hz et une tension de 1-100 kV, et un câble électrique (13) pour délivrer l'énergie électrique transformée, et une bougie (40) pour recevoir l'énergie électrique transformée, par l'intermédiaire du câble électrique, et pour transmettre l'énergie électrique transformée reçue au réacteur à plasma.
27. Appareil de commande d'émissions d'un moteur selon la revendication 26, caractérisé en ce que l'unité formant transformateur (120) comprend : un récepteur (121) pour recevoir l'énergie électrique de la part de la source d'alimentation (11), un contrôleur (122) pour produire un signal de commande de la fréquence et de la tension pour produire une décharge par effet couronne, un générateur de fonction (123) pour transformer une énergie électrique en une énergie d'une onde sinusoïdale ayant une fréquence de 100-1000 Hz conformément au signal de commande du contrôleur, un transformateur (124) servant à élever la tension de l'énergie électrique dans une gamme de 1-100 kV conformément au signal de commande du contrôleur, et une partie de sortie (125) servant à délivrer l'énergie électrique, l'énergie électrique étant transformée dans le générateur de fonction et étant élevée au niveau du transformateur.
28. Appareil de commande d'émissions d'un moteur selon la revendication 26, caractérisé en ce que la bougie (40) comprend : une bougie externe (41) connectée au câble électrique, une partie de liaison (42), formée sur un côté inférieur de la bougie externe, pour réunir étroitement la bougie au boîtier de telle sorte les gaz d'échappement ne fuient pas au niveau de la liaison, un isolant céramique (43) formé sur un côté inférieur de la partie de liaison, pour empêcher la formation d'étincelles, une bougie interne (44), disposée sur un côté inférieur de l'isolant céramique, pour l'envoi d'une énergie électrique pour un
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corps en plasma, et une électrode de bougie (45), qui pénètre depuis la bougie externe pour atteindre la bougie interne de telle sorte que l'électrode de bougie est connectée au câble électrique et est exposée au niveau d'un côté inférieur de la bougie interne.
29. Appareil de commande d'émissions de moteur selon la revendication 28, caractérisé en ce que l'isolant céramique (43) supporte, dans une gamme prédéterminée de fréquences, une tension égale à au moins 1,5 fois la tension de sortie de l'unité d'alimentation en énergie.
30. Appareil de commande d'émissions de moteur selon la revendication 28, caractérisé en ce que l'isolant céramique (43) possède une section transversale circulaire et est installé à l'intérieur du réacteur à plasma.
31. Appareil de commande d'émissions d'un moteur selon la revendication 28, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élément élastique disposé sur l'électrode de bougie de telle sorte qu'une connexion électrique avec l'élément formant ligne d'alimentation est améliorée.
32. Appareil de commande d'émissions d'un moteur selon la revendication 26, caractérisé en ce que le boîtier (20) est réalisé en acier inoxydable.
33. Appareil de commande d'émissions d'un moteur selon la revendication 26, caractérisé en ce que l'isolant céramique (43), qui comporte un composé d'alumine, est appliqué sur une partie dans laquelle la bougie est installée.
34. Appareil de commande d'émissions d'un moteur selon la revendication 26, caractérisé en ce que le mat (50) possède une épaisseur de 3 à 5 mm et est formé d'un composé contenant plus de 90 d'alumine.
35. Appareil de commande d'émissions d'un moteur selon la revendication 26, caractérisé en ce qu'une épaisseur du mat est supérieure au double de la distance entre les premier et second éléments formant électrodes.
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