FR2880383A1 - Dispositif de reduction et de recyclage de tous polluants produits par la combustion d'un carburant, fossile ou non, dans tout moteur thermique a combustion interne - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif permettant de recycler efficacement les suies appelées particules et autres produits de combustion polluants véhiculés par l'eau issue ou non de cette combustion, tout en limitant la production d'oxydes d'azote.Le mélange eau/polluants issu du moteur est récupéré dans le conduit d'échappement de celui-ci par un réservoir de silencieux (1) puis acheminé vers un réservoir principal (4).C'est un calculateur électronique (UC) qui gère le dispositif.Lorsque les conditions de fonctionnement du moteur thermique (10) le permettent, ce mélange d'eau et de polluants est injecté sous pression dans le moteur par une pompe électrique (21).

Description

La présente invention concerne un dispositif permettant la réduction de la

formation des oxydes d'azote (NOX), de l'émission dans l'atmosphère et/ou dans les sols des suies, ainsi que de tous polluants issus de l'épuration catalytique

et/ou produits par la combustion dans tout type de moteur thermique à combustion interne.

L'invention s'applique à tout moteur thermique à combustion interne mono ou multicylindres à 4 temps, et à une ou plusieurs soupapes d'admission par cylindre, qu'il soit à essence, diesel, gpl ou tout autre type de moteur alimenté en carburant d'origine fossile ou non, dans la mesure ou celui-ci rejette après combustion des oxydes d'azote et / ou des suies, ainsi que tous polluants issus ou non d'une épuration catalytique.

Il est maintenant vérifié et prouvé que les hautes températures régnant pendant la phase de combustion d'un moteur thermique à combustion interne, favorisent la formation d'une quantité importante d'oxydes d'azote qui lâchés dans l'atmosphère, participent aux pluies acides, aux smog et fog qui sont des mélanges de fumées et de brouillards que l'on peut apercevoir au dessus des concentrations urbaines.

Les oxydes d'azote sont également responsables d'un grand nombre d'infections respiratoires, d'asthme et de vieillissement prématuré des poumons chez l'être humain.

Ces conséquences sont évidemment catastrophiques à moyen ou à long terme sur l'être humain et son environnement.

Il a également été démontré par les scientifiques que les suies, appelées également particules , issues de la combustion dans les moteurs thermiques, en se déposant sur les poumons de l'être humain, ont un effet cancérigène.

Elles peuvent entraîner des pathologies pulmonaires chroniques et/ou évolutives comme les maladies respiratoires.

Ces suies qui sont des résidus de combustion, sont souvent la conséquence d'un manque d'oxygène et/ou de température pendant la combustion, d'un excès de carburant ou d'une consommation exagérée d'huile de lubrification. Elles sont généralement composées d'hydrocarbures, de carbone, de sulfates ainsi que de produits de combustion provenant des additifs présents dans l'huile de lubrification et dans le carburant.

Devant ce constat alarmant pour les générations futures, il paraît donc urgent de limiter la production des oxydes d'azote ainsi que des suies et autres polluants, issus de nos moteurs thermiques et rejetés dans l'atmosphère.

Concernant la production des oxydes d'azote, il existe beaucoup de systèmes, que ce soit ceux de réduction comme les catalyseurs DENOX , ou ceux évitant leur formation comme les systèmes de recyclage des gaz d'échappement (EGR). Ces systèmes sont souvent complexes, coûteux et d'une gestion délicate et difficile pour une efficacité malgré tout très moyenne.

La réduction de la formation des oxydes d'azote par recyclage des gaz d'échappement, principalement sur les moteurs diesel, entraîne malheureusement très souvent une augmentation des suies rejetées, ainsi qu'une augmentation de la consommation de carburant.

Les oxydes d'azote sont produits en grand nombre lorsque la température de combustion, qui règne dans la chambre de combustion, atteint des valeurs élevées comprises entre 2000 et 3500 Celsius. La quantité produite est proportionnelle à cette température.

Le premier but de l'invention est de réduire efficacement la production des oxydes d'azote de tout moteur thermique, en diminuant la température régnant dans les chambres de combustion pendant le déroulement de celle-ci, sans pour autant dégrader cette combustion et donc augmenter la production de suies ou gaz toxiques.

Concernant les suies produites et évacuées à la sortie 35 des systèmes d'échappement des moteurs thermiques, de nombreuses solutions sont utilisées dans le but de réduire leur formation comme par exemple la gestion rigoureuse de la quantité de carburant injecté ou la réduction de la consommation d'huile de lubrification.

D'autres solutions visent à favoriser leur stockage puis leur traitement après la combustion, comme par exemple les filtres à particules avec dispositif de régénération et ceci principalement sur les moteurs diesel, gros producteurs de suies.

De plus, de gros efforts sont faits quant à la qualité des carburants qui ne cessent de s'améliorer afin d'obtenir une combustion plus complète donc sans trop de résidus et notamment de suies.

Malgré tous ces efforts, chaque année, plusieurs 15 millions de tonnes de suies issues des moteurs thermiques sont rejetées dans l'air que nous respirons.

Une partie de ces suies est captée par l'eau issue, de la combustion, des effets de catalyse et/ou de condensation et ce mélange eau/suies est rejeté à la sortie d'échappement des moteurs thermiques.

Les gouttelettes d'eau, produites comme dit précédemment, sont projetées par le flux d'échappement sur les parois internes du système d'échappement et décollent une partie des suies déposées sur celui-ci.

Ce mélange d'eau et de suies rejeté s'infiltre dans nos sols et crée une source de pollution supplémentaire.

Le mélange eau/suies est parfaitement homogène grâce au flux de gaz d'échappement et à la température élevée régnant dans le système d'échappement. du moteur thermique; Le stockage et le recyclage de ce mélange sont donc possibles.

Le second but de l'invention est de recycler efficacement une partie des suies produites et particulièrement celles véhiculées et dissoutes par la quantité importante d'eau issue: -De la réaction catalytique utilisée sur les moteurs thermiques modernes.

-De l'effet de condensation dans le système d'échappement de tout moteur thermique.

-Du produit normal de la combustion dans tout moteur thermique.

Cette eau, produite par les effets cités ci-dessus, est également polluée par d'autres composants provenant essentiellement de la combustion mais également de l'usure ou de l'érosion des pots d'échappement catalytiques de quel type qu'ils soient.

En effet, ces convertisseurs catalytiques contiennent une quantité non négligeable de métaux précieux qui peuvent être dangereux pour l'être humain et son environnement comme par exemple le Platine, le Rhodium et le Palladium utilisés dans les catalyseurs à oxydation et/ou réduction mais également d'autres métaux comme le Nickel, le Cuivre, le Fer ou le Chrome.

Généralement, les convertisseurs catalytiques contiennent également une fine couche d'alumine appelée WASH COAT .

Après un certain nombre d'heures de fonctionnement et en fonction des conditions d'utilisation, il est fréquent et normal d'observer une détérioration plus ou moins importante du support monolithique du catalyseur, qu'il soit du type céramique ou métal et sur lequel on trouve tous les métaux utilisés pour les réactions chimiques d'oxydoréduction des polluants.

Ces métaux sont alors, pour une partie, chassés avec les gaz d'échappement du moteur thermique et pour l'autre partie, récupérés par l'eau dans laquelle ils se sont déposés.

Le troisième but de l'invention est donc de recycler efficacement une partie de tous métaux ou tous autres polluants issus de la combustion et/ou de l'épuration catalytique pouvant être récupérés et piégés par l'eau rejetée par le système d'échappement de tous les types de moteurs thermiques.

Les planches numérotées de 1 à 3 montrent les dessins 5 illustrant l'invention: La planche 1/3 représente la figure 1.

La planche 2/3 représente les figures 2 et 3.

- La planche 3/3 représente les figures 4 et 5. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente le schéma de principe du système qui est la combinaison des différents éléments de l'invention: Un moteur thermique à quatre temps (10).

- Un silencieux d'échappement des gaz brûlés spécifique (8) en matière inoxydable comprenant un réservoir appelé réservoir de silencieux (1) qui récupère et stocke l'eau souillée par les polluants issus du moteur thermique (10) et de son environnement.

- Un réservoir principal (4) en matière inoxydable permettant l'alimentation du moteur thermique (10) en eau chargée de polluants issus de ce moteur thermique (10) ou, à défaut de polluants, d'eau pure.

Un calculateur électronique spécifique (UC) chargé de gérer l'intégralité du système d'injection de liquide; celui-ci est opérationnel dès le démarrage du moteur thermique (10).

Trois relais électriques (6), (49) et (50).

Un ensemble de faisceaux électriques et de canalisations de fluide.

- Un capteur de température moteur (9) et un capteur de vitesse moteur (24) souvent montés à l'origine sur le moteur.

- Un réservoir auxiliaire {15) permettant éventuellement une injection d'eau dans le conduit 35 d'échappement du moteur thermique (10).

Une électrovanne (14) autorisant ou non, l'injection d'eau dans le conduit d'échappement du moteur thermique (10).

Une pompe à eau électrique (48) chargée d'injecter 5 de l'eau sous pression dans le conduit d'échappement du moteur thermique (10).

Une électrovanne spécifique (25) autorisant ou non l'injection de liquide à l'intérieur des chambres de combustion du moteur thermique (10).

- Une pompe électrique à haute pression auto régulée (21), aspirant le liquide du réservoir principal (4) pour alimenter les chambres de combustion du moteur thermique (10).

Une pompe à fluide électrique (3), acheminant le 15 liquide stocké dans le réservoir de silencieux (1), vers le réservoir principal (4).

La figure 2 représente le détail du silencieux spécifique (8), équipé du réservoir de silencieux (1) et d'un système de guidage partiel du flux d'échappement, un système de captage et récupération de liquide (7) propulsé par le flux d'échappement du moteur thermique (10).

La figure 3 représente la partie supérieure, et en particulier la culasse (28) du moteur thermique (10).

La figure 4 représente un exemple de disposition de la soupape d'admission classique (34) du moteur thermique (10), et de son siège spécifique (29), permettant l'injection de liquide.

La figure 5 représente un système à effet venturi (40) placé dans le conduit d'échappement du moteur thermique (10).

Ce système est destiné à recevoir de l'eau sous pression issue du réservoir auxiliaire (15) pour l'injecter en pulvérisation dans le conduit d'échappement du moteur thermique (10), suivant plusieurs directions contrôlées.

L'invention trouve un intérêt particulier sur les véhicules automobiles modernes équipés de moteurs thermiques à haut rendement, et fortement dépollués par épuration catalytique, qu'ils soient de type essence ou diesel, à injection de carburant sous pression ou par aspiration naturelle, fonctionnant en mélange homogène et/ou stratifié, suralimentés ou non.

Tous les essais et mesures ont été réalisés sur un moteur à injection d'essence moderne, fonctionnant en mode mixte homogène/stratifié.

Il convient de souligner que sur ce type de moteur 10 équipé du dispositif, d'excellents résultats en dépollution ont été constatés.

Le principe de l'invention consiste donc à réduire judicieusement la production d'oxydes d'azote générés par les hautes températures de combustion dans le moteur thermique et simultanément, recycler une partie des suies et/ou autres polluants émis par le moteur.

Beaucoup de brevets traitent de la diminution de la production d'oxydes d'azote par injection d'eau séparée ou non de l'injection, ou aspiration de carburant, mais aucun à ce jour ne propose cette réduction par l'injection de liquide souillé par des suies et/ou autres polluants qui, dans le même temps, sont recyclés efficacement d'une façon intermittente, et ceci lorsque les conditions de fonctionnement du moteur thermique favorisent une forte production d'oxydes d'azote.

L'adaptation du système est relativement aisée, et d'un prix de revient modéré, sur tout type de moteur thermique même dans le cas ou celui-ci n'a pas été expressément construit dans le but de recevoir le dispositif.

La description qui suit se rapporte aux figures citées précédemment.

Un silencieux d'échappement spécifique (8), placé en position horizontale, récupère l'eau souillée produite par les phénomènes cités précédemment puis la dirige vers un réservoir de silencieux (1) d'une contenance de 1000 cm3, inclus à l'intérieur du silencieux d'échappement (8).

Si le silencieux d'échappement (8) est placé à proximité du moteur thermique (10) et n'est pas le dernier élément qui compose le système de guidage du flux d'échappement avant sa sortie dans l'atmosphère, ou si ce silencieux (8) n'existe pas, le réservoir de silencieux (1) peut être indépendant et placé hors du silencieux d'échappement (8) suivant une autre disposition non décrite ici. Dans tous les cas, le réservoir de silencieux (1) sera placé le plus près possible de la sortie à l'air libre des gaz d'échappement du moteur thermique (10).

L'eau, propulsée par les gaz d'échappement du moteur thermique (10) et dans laquelle viennent se dissoudre les suies éventuellement encore à l'état solide avec divers autres polluants récupérés directement après la combustion ou par décrassage interne du conduit d'échappement, se décante naturellement par gravité dans le réservoir de silencieux (1) grâce à un système de captage (51), visible sur la figure 2, qui limite les rejets de liquide à l'air libre.

Ce système de captage (51) est composé de tôles inoxydables percées qui sont soudées à l'intérieur du silencieux d'échappement (8).

Le positionnement judicieux dans le silencieux d'échappement (8), des différents éléments du système de captage (51), permet la déviation du liquide projeté dans le système d'échappement pour le diriger vers le réservoir de silencieux (1), tout en laissant passer l'intégralité du flux d'échappement pour ne pas perturber le bon fonctionnement du moteur thermique (10).

Ce procédé de captage permet la récupération de 80% de liquide qui sans le système, serait propulsé à l'air libre, et non utilisable comme moyen de dépollution.

La masse volumique des suies récupérées étant comprise entre 150 et 300 kg/m3 en fonction de leur composition, celles-ci, dans le cas ou elles ne sont pas complètement dissoutes, ont tendance à remonter à la surface de l'eau contenue dans le réservoir de silencieux (1).

Moteur en route, le brassage du liquide contenu dans le réservoir de silencieux (1) est nécessaire, pour parfaire la dissolution des suies éventuellement encore restées à l'état solide, et éviter leur dépôt et accumulation à la partie supérieure du réservoir de silencieux (1).

Pour réaliser cette fonction, un système judicieux de guidage partiel du flux de gaz d'échappement (7) a été étudié et adapté dans le silencieux d'échappement (8) ; Ce système est visible sur la figure 2.

C'est la pression du flux des gaz d'échappement, guidés par le système (7) et habilement injectés dans le liquide contenu dans le réservoir de silencieux (1), qui réalise l'homogénéité eau/suies lorsque le moteur thermique (10) est en fonctionnement.

Les effets vibratoires du système d'échappement participent également au brassage et donc à l'homogénéité du 20 liquide dans le réservoir de silencieux (1).

Dans le cas de températures ambiantes très basses, après le démarrage du moteur thermique (10), la montée en température normale et rapide du système d'échappement assure éventuellement la fonte de la glace qui aurait pu être formée par le gel du liquide contenu dans le réservoir de silencieux (1).

Lorsque le niveau de liquide dans le réservoir de silencieux (1) atteint un capteur de niveau (2) situé à la partie supérieure du réservoir de silencieux (1), ce capteur informe un calculateur électronique (UC) qui pilote un relais électrique (6) chargé d'alimenter électriquement une pompe à fluide (3).

Cette pompe à fluide (3) a pour rôle d'acheminer le liquide souillé vers un réservoir principal (4).

- 10 - Aucune mise en route de la pompe à fluide (3) donc aucune aspiration de liquide ne sera possible si le moteur est à l'arrêt et à une température de circuit de refroidissement inférieure à 80 Celsius; l'alimentation électrique de la pompe à fluide (3) étant réalisée par le relais électrique (6) piloté par le calculateur (UC), lui même informé par un capteur de régime moteur (24) et un capteur de température moteur (9) placé sur la culasse (28) du moteur thermique (10).

Le liquide chaud, aspiré dans une conduite inoxydable (56), est refoulé sous faible pression par la pompe à fluide (3) vers le réservoir principal (4), via une canalisation en matière inoxydable (26) isolée thermiquement. Ce liquide se mélange à celui déjà contenu dans le réservoir principal (4) et le réchauffe. Cette disposition évite le risque de gel dans le cas ou les températures ambiantes seraient relativement basses.

Pour éviter l'aspiration des suies éventuellement encore restées à l'état solide, qui entraîne le colmatage de la pompe à fluide (3) et des tuyauteries, l'aspiration de liquide est pratiquée au quart bas de la hauteur totale du réservoir de silencieux (1), au travers un filtre inoxydable (5) dont la capacité de filtration est de l'ordre de 1/100 ème de mm.

Le réservoir principal (4) a un volume total de 5000 cm3, il est réalisé en matière inoxydable, isolé thermiquement et comporte un dispositif de mise à l'air libre (19) à sa partie supérieure dans le but d'éviter les surpressions pouvant être produites par la pompe à fluide (3) .

Ce réservoir principal (4) peut être monté en charge ou non par rapport au moteur thermique (10). Pour un véhicule automobile, il peut être placé à l'intérieur ou à l'extérieur de l'habitacle.

Si le niveau de liquide contenu dans le réservoir principal (4) atteint un maximum, soit 4000 cm3, un capteur de niveau (11) interdit la rotation de la pompe à fluide (3) via le calculateur (UC) et le relais électrique (6). Ceci afin d'éviter le débordement de liquide vers l'extérieur du réservoir principal (4).

Les conditions d'acheminement du liquide vers le réservoir principal (4) consignées dans le calculateur (UC) sont: 1) Niveau de liquide suffisant dans le réservoir de silencieux (1).

2) Moteur thermique (10) tournant avec une température de fonctionnement supérieure à 80 Celsius.

3) Niveau maximum de liquide dans le réservoir 15 principal (4) non atteint.

Pour que le système de recyclage soit activé, la quantité minimale de liquide se trouvant dans le réservoir principal (4) doit être au minimum de 2000 cm3.

Au dessous de ce volume de liquide, un capteur de niveau minimum (13) informe le calculateur qui ouvre instantanément le circuit électrique d'injection de liquide dans le moteur thermique (10) : Le système est inactif, l'utilisateur est informé par un voyant (20).

Dans le cas ou le niveau de consigne dit minimum, soit environ 800 cm3, ne peut pas être atteint dans le réservoir de silencieux (1), le calculateur (UC), informé par un capteur de niveau minimum (12) et le capteur de régime moteur (24), pilote une électrovanne (14) ainsi qu'une pompe à eau électrique (48) par l'intermédiaire d'un relais électrique (49).

Via un conduit inoxydable (55), cette pompe à eau électrique (48) aspire l'eau issue d'un réservoir auxiliaire (15) en matériau inoxydable pour la propulser sous une pression de 3 bars vers un système à venturi (40) situé dans le conduit d'échappement du moteur thermique (10).

- 12-- Un débit d'eau pressurisée minimal de 1000 cm3 par minute, est assuré par un calibreur (42) réglable ou non, monté dans un conduit inoxydable (54) chargé de diriger le liquide vers le système à venturi (40).

Le système à venturi (40) visible sur la figure 5 est placé en amont du réservoir de silencieux (1) et de préférence, le plus près possible de tout système à catalyse si le moteur thermique (10) en est pourvu.

Grâce au flux de gaz d'échappement produit par le moteur thermique (10) et au système à venturi (40), l'eau issue du réservoir auxiliaire (15), pouvant être éventuellement additionnée d'un liquide anti-gel, est pulvérisée sur les parois internes du conduit d'échappement du moteur thermique (10).

La projection de l'eau est réalisée suivant un angle de dispersion variable en fonction du diamètre du conduit d'échappement.

Cet angle est conditionné par la forme spécifique du diffuseur de venturi (41).

Les gouttelettes d'eau ainsi pulvérisées dans le conduit d'échappement, décollent les éventuelles suies déposées sur les parois internes de ce conduit.

Les suies se mélangent à l'eau et suivant le principe spécial de guidage décrit précédemment, le mélange est dirigé vers le réservoir de silencieux (1) pour y être stocké ; le réservoir de silencieux (1) se rempli.

Dans le cas ou le régime du moteur thermique (10) dépasse 4000 Tours par minute mesurés par le capteur de régime moteur (24), le calculateur (UC) ne pilote pas l'électrovanne (14) ni la pompe à eau électrique (48) et donc interdit l'injection d'eau dans le conduit d'échappement.

Cette disposition permet d'éviter que la pression du flux d'échappement du moteur thermique (10), devenue trop élevée, n'expulse la totalité de l'eau injectée à l'air libre, les moyens de retenu et captage de liquide étant devenus inopérant par excès de pression.

Lorsque le volume de liquide contenu dans le réservoir de silencieux (1) atteint 800 cm3, le capteur de niveau (12) informe le calculateur (UC) qui commande la fermeture de l'électrovanne (14) et l'arrêt de la pompe à eau électrique (48) par l'intermédiaire du relais électrique (49) ; La pulvérisation d'eau dans le conduit d'échappement n'est plus autorisée.

Dès que le niveau de liquide redescend dans le réservoir de silencieux (1), l'opération d'injection et de pulvérisation d'eau recommence.

Le réservoir auxiliaire (15) a un volume total de 6000 cm3 et deux stratégies de remplissage de celui-ci peuvent 15 être employées simultanément ou séparément.

Dans le but d'assurer son alimentation en eau, le réservoir auxiliaire (15) comporte, à sa partie supérieure, un dispositif de type entonnoir (43) muni d'un filtre inoxydable (44) à seuil de filtration de 1/10 ème de mm.

Dans le cas d'une automobile, ce dispositif (43) peut être monté à l'extérieur de l'habitacle du véhicule et relié au réservoir auxiliaire (15) par un conduit flexible (47) réalisé en caoutchouc, matière synthétique ou métal inoxydable.

Le remplissage du réservoir auxiliaire (15) peut s'effectuer soit: 1) Par l'utilisateur qui est averti, par un voyant (16) via un contacteur de niveau (17), du niveau minimum d'eau dans le réservoir auxiliaire (15). Le voyant (16) s'éclaire pour un volume d'eau inférieur à 2000 cm3.

2) Par l'eau de pluie dans le cas ou le moteur thermique (10) est prévu pour fonctionner à l'extérieur de locaux, ou pour un véhicule, lorsque un remplissage extérieur est prévu.

Une mise à l'air libre (46) est placée à la partie supérieure du réservoir auxiliaire (15).

Grâce au procédé d'alimentation en eau du réservoir de silencieux (1) décrit ci-dessus, le liquide contenu dans le réservoir principal (4) est en permanence maintenu à un niveau correct et assure le fonctionnement du procédé de réduction des polluants.

Une pompe à fluide électrique (21) aspire par un conduit (53), le liquide composé d'eau, de polluants, de suies dissoutes, au travers un filtre inoxydable (22) ayant une capacité de filtration de 50/1000 mm pour l'acheminer, par une canalisation inoxydable (52) isolée thermiquement, vers les chambres de combustion (23) du moteur thermique (10) sous une pression de 5 bars.

La pompe à fluide (21) est auto-régulée en pression, et est équipée d'un clapet de régulation qui permet le retour partiel ou intégral du fluide vers le réservoir principal (4), par une conduite en matière inoxydable (39).

Ce retour permanent de liquide à la partie basse du réservoir principal (4) assure le mélange du liquide et évite le dépôt de suies au fond du réservoir principal (4).

A partir de 80 Celsius, la pompe à fluide (21) est alimentée électriquement via un relais électrique (50) piloté par le calculateur (UC) lui-même informé par le capteur de température (9).

Les conditions d'alimentation électrique de la pompe à fluide (21), consignées dans le calculateur (UC) sont: 1) Moteur thermique (10) en route.

2) Température moteur supérieure ou égale à 30 80 Celsius.

Lorsque les conditions d'activation du dispositif de dépollution ne sont pas réunies, le liquide est retenu au repos par une électrovanne (25), pilotée par le calculateur (UC), avant son entrée à l'intérieur de la culasse (28) du moteur thermique (10). Ces conditions seront décrites plus loin lors de l'explication détaillée du fonctionnement du procédé d'injection de liquide.

Dans le cas ou le dispositif doit être activé dans le but de réduire les polluants, le calculateur (UC) alimente électriquement l'électrovanne {25) qui s'ouvre aussitôt et laisse échapper le liquide sous pression.

Comme montré sur la figure 3, le liquide est dirigé vers les sièges de soupapes d'admission (29) par des conduits (27) aménagés dans la culasse (28) du moteur thermique (10).

Lors du passage dans la culasse (28), le liquide se réchauffe en empruntant la chaleur à celle-ci pour atteindre une température avoisinante les 100 Celsius.

Le liquide atteint ensuite une cavité circulaire (30) pratiquée par usinage à la partie supérieure du siège de soupape (29); Cette disposition est visible sur la figure 4.

Plusieurs trous de passage (31) vont amener le liquide stocké au niveau de la portée de siège de soupape (32).

Le nombre et le diamètre des trous de passage de liquide (31), dépendent du type de moteur utilisant le procédé, et des caractéristiques techniques de celui-ci.

La réalisation de ce dispositif n'est pas nouvelle, mais elle était jusque là utilisée dans un tout autre but, qui était de réduire la température des soupapes d'échappement des moteurs thermiques à quatre temps.

Cette partie de la présente invention ne revendique en rien le procédé de refroidissement des soupapes d'échappement puisqu'elle traite uniquement, des soupapes d'admission et de leurs sièges, pour lesquels le refroidissement n'est pas nécessaire.

Le liquide sera introduit dans la chambre de combustion (33) du moteur thermique (10) dès que la soupape d'admission (34) décollera de son siège (29), donc en phase admission.

Grâce aux métaux couramment employés pour la fabrication des sièges de soupapes, qui sont différents de ceux employés pour la fabrication des soupapes, et vu que ces métaux présentent des duretés et propriétés également différentes, aucun résidu de combustion ne se dépose ni obstrue les orifices d'injection de liquide; Ce qui a pour effet de conserver une étanchéité parfaite pendant un grand nombre d'heures de fonctionnement.

L'orientation des orifices d'injection de liquide est réalisée de telle façon, que lors de leur introduction dans la chambre de combustion (33), les gouttelettes de liquide viennent s'écraser sur la soupape d'admission (34) qui se l0 lève, ce qui favorise leur vaporisation réalisée grâce au flux d'air entrant à grande vitesse dans la chambre de combustion (33). La dépression relative, créée par la descente du piston moteur (35) ,

favorise également l'introduction et la 15 vaporisation du liquide injecté.

En injectant le liquide sous forte pression pendant la phase admission, la chambre de combustion (33) se rempli d'un mélange homogène liquide/air ou liquide/carburant/air, en fonction du type de moteur. Ce mélange est désormais prêt à être compressé par le piston moteur (35).

Lors de la phase de compression, donc de la remontée du piston moteur (35), la soupape d'admission (34), rappelée par son ressort sur la portée de siège (32), est fermée, et le liquide cesse d'être introduit dans la chambre de combustion (33), les orifices de passage (31) étant obturés par la portée de soupape (36).

C'est le temps d'ouverture de la soupape d'admission (34), donc le régime du moteur, qui conditionne la quantité de liquide injectée à chaque cycle moteur, pour autant que cette injection soit autorisée par le calculateur (UC) suivant les conditions décrites par la suite.

Comme dit précédemment, dans un moteur thermique à combustion interne, quel qu'en soit le type, les oxydes d'azote (NOX) sont produits en grand nombre lorsque la température de combustion atteint une valeur élevée comprise entre 2000 et 3000 Celsius. Il est prouvé que cette température dépend des réglages moteurs, mais aussi, et essentiellement, de la charge appliquée à ce moteur.

Cette forte température de combustion engendre obligatoirement une forte température de gaz d'échappement directement proportionnelle à celle régnant dans la chambre de combustion.

La température de la chambre de combustion étant extrêmement difficile à mesurer d'une façon directe pendant la combustion, il suffit donc de mesurer la température des gaz d'échappement à la sortie du moteur, par exemple à l'intérieur du collecteur d'échappement, en amont de tout système catalytique ou silencieux, pour connaître la quantité d'oxydes d'azote produits par la combustion et donc autoriser au moment opportun l'injection de liquide.

Un capteur de température (37) de type CTN ou THERMOCOUPLE est monté à la sortie du collecteur d'échappement (38) du moteur thermique (10) ; Celui-ci informe d'une façon permanente le calculateur (UC) qui autorise ou non l'injection de liquide, en pilotant ou non l'électrovanne (25) fermée au repos.

A titre d'exemple, et après de longs essais et mesures réalisés sur un moteur à essence à injection directe fonctionnant en mode mixte homogène/stratifié, il a été décidé que lorsque la température des gaz d'échappement, mesurée par le capteur de température (37), atteint la valeur de 450 Celsius, l'électrovanne (25), pilotée par le calculateur (UC), s'ouvre et laisse échapper le liquide sous pression.

Au dessous de 350 Celsius de température du flux d'échappement mesurée par le capteur de température (37), l'électrovanne (25) pilotée par le calculateur (UC) se ferme et l'injection de liquide cesse.

Cette valeur de température est donc consignée dans le calculateur (UC) et peu varier en fonction du type de moteur sur lequel le procédé est utilisé.

L'injection du liquide composé d'eau, de divers 5 polluants et de suies, permet d'éviter une trop forte température lors de la phase de combustion.

Il faut noter que la température de combustion des suies avoisine les 600 Celsius et que celles-ci préalablement dissoutes dans l'eau, vont brûler pendant la combustion et améliorer celle-ci.

Ainsi, la production d'oxydes d'azote sera limitée et un certain nombre de suies issues du moteur thermique (10), ainsi que d'autres polluants issus ou non de l'épuration catalytique, seront recyclées par ce judicieux processus.

Toutes les valeurs de pressions, températures, volumes sont données à titre indicatif pour un moteur à injection directe d'essence fonctionnant en mode mixte stratifié/homogène, et sont susceptibles d'être modifiées en fonction du moteur thermique sur lequel le procédé est adapté.

Bien qu'applicable à tout type de moteur thermique à combustion interne, il est intéressant de noter que l'invention, lorsqu'elle est appliquée à un moteur moderne à injection directe essence, fonctionnant en mélange mixte homogène/stratifié, s'avère être d'une utilité appréciable dans la mesure ou ce type de moteur est un gros producteur d'oxydes d'azote pendant la phase de charge stratifiée soit en mélange pauvre.

Sur ce type de moteur et plus particulièrement en phase de charge stratifiée, les mouvements tourbillonnaires de l'air admis et compressé, appelés tumble ou tumble inversé, favorisent le mélange de l'air avec les micro-goutellettes de liquide pollué injecté.

Après l'injection de l'essence en phase de compression 35 puis de l'inflammation de la charge suite à l'apparition de l'étincelle de bougie, ce mélange parfait assure une combustion régulière et complète.

Grâce à ce procédé, il a été constaté sur ce type de moteur une baisse de la production des oxydes d'azote de 40% par rapport à un moteur identique strictement d'origine.

Le dispositif est donc complémentaire aux systèmes EGR couramment utilisés pour la réduction de la formation des oxydes d'azote.

Suite à de nombreuses mesures, il est apparu que le l0 recyclage et la réduction des suies est estimé à 15% sur ce moteur mais peut atteindre 20 à 25% sur certains moteurs thermiques et plus particulièrement sur les moteurs diesel.

Bien que le but principal de l'invention ne soit pas celui-ci, il a également été constaté sur le moteur d'essai, une augmentation sensible de 5% de la puissance et du couple moteur pendant les phases d'activation du processus d'injection de liquide.

Cette constatation montre encore un peu plus l'utilité de l'invention, puisqu'elle prouve que la combustion s'améliore tout en étant plus propre et en recyclant une partie des suies et autres polluants produits par le moteur thermique.

L'invention n'est pas limitée, aux réalisations décrites et aux différents éléments représentés, qui ne sont 25 donnés qu'à titre d'exemple.

Tous les moyens constituant les équivalents techniques de ceux décrits précédemment sont compris dans l'invention dans la mesure ou l'esprit de cette invention est conservé.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Dispositif destiné à réduire et recycler tous les polluants, et plus particulièrement les suies, pouvant être produits par tous les moteurs thermiques à combustion interne, tout en limitant la formation des oxydes d'azote et caractérisé par le fait qu'il comporte au moins les éléments suivants: un réservoir de silencieux (1), contenu ou non dans le silencieux d'échappement (8) du moteur thermique (10), permettant la récupération de l'eau, issue de la combustion, et chargée des différents polluants comme les suies produites par le moteur thermique (10), ce réservoir de silencieux (1) pouvant éventuellement, lorsque les conditions de fonctionnement le permettent, recevoir l'eau polluée issue d'un réservoir auxiliaire (15) un silencieux d'échappement (8) spécifique réduisant les bruits de combustion du moteur thermique (10) et pouvant, suivant une disposition spéciale, recevoir le réservoir de silencieux (1) un calculateur électronique (UC), alimenté en énergie électrique, qui reçoit des informations en provenance des différents capteurs et sondes (9, 11, 12, 13, 16, 17, 24, 37) et qui est chargé de commander les éléments (6, 16, 20, 25, 49, 50) dans le but: É de gérer le fonctionnement de l'ensemble des éléments constituants le dispositif d'informer l'utilisateur d'une ou plusieurs défaillances dans le fonctionnement du dispositif - une culasse (28) spécifique intégrant une disposition particulière de soupape d'admission (34) et de son siège (29), ainsi qu'un conduit (27) permettant l'injection de liquide pollué un système à effet venturi (40) recevant de l'eau pure, issue d'un réservoir auxiliaire (15), et assurant son aspiration et sa pulvérisation sur les parois du conduit d'échappement du moteur thermique (10) un réservoir principal (4) chargé de collecter et stocker l'eau polluée issue du réservoir de silencieux (1) - un réservoir auxiliaire (15) rempli d'eau et alimentant sous pression, grâce à une pompe à eau (48), le système à effet venturi (40) une pompe à liquide (21) autorégulée assurant d'une part, l'injection de liquide issu du réservoir principal (4) dans les chambres de combustion (23) du moteur thermique (10) et d'autre part, le brassage du liquide contenu dans le réservoir principal (4).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le réservoir de silencieux (1) peut être intégré ou non au silencieux d'échappement (8) et que l'eau, souillée par les différents polluants produits par le moteur thermique (10), est issue soit des effets de condensation et/ou de catalyse, de la combustion normale du moteur thermique (10), soit d'un réservoir auxiliaire (15). 15

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3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le mélange eau/polluants, contenu dans le réservoir de silencieux (1), est aspiré par une pompe électrique (3) qui le refoule vers le réservoir principal (4).

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lorsque le silencieux d'échappement (8) contient le réservoir de silencieux (1), il comporte un système de captage d'eau polluée (51), qui intègre un dispositif de ]I0 guidage partiel du flux des gaz brûlés (7), assurant l'homogénéité du mélange eau/polluants, ainsi qu'un ensemble de chicanes permettant la décantation du liquide dans le réservoir de silencieux (1).

5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le calculateur électronique (UC) autorise l'injection du mélange eau/polluants en pilotant une électrovanne (25), lorsque le moteur thermique (10) est en fonctionnement et suivant certaines conditions de températures du circuit de refroidissement et des gaz d'échappement qui sont mesurées par les capteurs (9) et (37),

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la culasse (28) du moteur thermique (10) comporte une disposition de soupape d'admission (34) spécifique, permettant l'injection de liquide pollué, au moment opportun et pour un temps déterminé conditionné par le régime du moteur thermique (10).

7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lors de son ouverture, la soupape d'admission (34), en découvrant plusieurs trous de passage (31) pratiqués dans la portée du siège de soupape (32) et alimentés en liquide par une cavité circulaire (30) située à la partie supérieure du siège de soupape (29), laisse échapper sous - 23 -É pression le liquide chargé de polluants issu de la pompe électrique (21).

8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que c'est l'angle de dispersion donné par la forme du diffuseur de venturi (41) faisant partie intégrante du système à venturi (40), et la pression des gouttelettes d'eau injectées par la pompe à eau (48) qui permettent la récupération des polluants dans le conduit d'échappement du moteur thermique (10).

9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le réservoir principal (4) assure l'alimentation en eau polluée de la pompe électrique (21) autorégulée, et que le fluide de retour de pompe assure un mélange stable et constant de l'eau et des polluants dans le réservoir principal (4).

10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le réservoir auxiliaire (15) est alimenté en eau, soit par l'utilisateur au travers un entonnoir (43) et un filtre (44), soit par l'eau de pluie si le réservoir auxiliaire (15) est placé à l'air libre.