FR2999241A1

FR2999241A1 - Dispositif de recyclage partiel a basse pression de gaz d'echappement d'un moteur, avec addition d'air puis catalyse

Info

Publication number: FR2999241A1
Application number: FR1203431A
Authority: FR
Inventors: Christophe Tardy; David Dieulle
Original assignee: HYPNOW
Current assignee: HYPNOW
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2014-06-13
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: FR2999241B1

Abstract

L'invention concerne un dispositif qui recycle une fraction de l'échappement d'un moteur, recueillie en sortie de pot d'échappement par un tube (9) à basses pression et température. Cette disposition permet un ajout d'air à ces gaz pour pré oxyder les imbrûlés dans un catalyseur réchauffé (6), protégé des condensats par un dévésiculeur (12). Le nettoyage intermittent du filtre (7) par pyrolyse via une résistance (8), est complété pour les moteurs turbo par un soufflage via la vanne (16). Le mélange obtenu est ajouté à l'air admis par un régulateur de débit pour les moteurs essence, par une vanne 3 voies (16) pour les diesel turbo compressés, après le filtre à air (3) pour les diesel atmosphériques. Simple, sans électronique complexe, ce dispositif sert à dépolluer les moteurs anciens.

Description

L'invention' concerne un dispositif de recyclage partiel à basse pression des gaz d'échappement d'un moteur thermique à combustion interne avec addition d'air puis catalyse, et nettoyage automatique.

Les gaz d'échappement des moteurs thermiques peuvent améliorer la combustion lorsqu'ils réutilisés à bon escient. Ils contiennent du carbone et de l'eau, celle-ci étant connue pour réduire les taux d'oxydes d'azote NOx lorsque elle est mélangée à l'air d'admission. Les boucles de recirculation de gaz d'échappement de première génération, datant des années 70, souvent nommées vannes EGR (Exhaust Gas Recycling) ont de nombreux défauts, notamment s'encrassent énormément. La tendance est donc de baisser la pression et la température de ces boucles. Aujourd'hui de nombreux constructeurs intègrent en standard de tels équipements basse pression comme par exemple Renault sur son moteur Energy dCi 130. Cependant aucun de ces dispositifs n'a été conçu 20 comme un accessoire pour des moteurs d'occasion ou d'ancienne génération sous licence. En outre les moteurs "essence" sont peu équipés de ce genre de boucle. Le problème technique posé est donc d'ajouter une telle boucle sur des moteurs avec peu ou pas d'électronique, 25 en privilégiant une installation rapide et simple, et sans modification majeure du moteur, c'est à dire notamment en recyclant une petite partie des gaz seulement. Le dispositif en question doit pouvoir aussi compléter une boucle EGR de série si l'ensemble peut en tirer bénéfice. En outre ce 30 dispositif ne doit pas nécessiter d'entretien lourd et coûteux. Il devra comporter les caractéristiques ci-après. Tout d'abord, il est souhaitable de pré oxyder les imbrûlés contenus dans ces gaz pour les rendre plus aptes à la combustion. Il faut donc leur adjoindre une fraction 35 d'oxygène et faire passer l'ensemble au contact d'un catalyseur à bonne température.

Pour les moteurs essence, la principale difficulté réside dans la forte aspiration au ralenti ou à faible ouverture du papillon, qui doit être contrée par une régulation mécanique simple, faute de quoi la richesse varierait trop. Le débit de gaz recyclés doit rester faible devant le débit d'air d'admission. Pour les diesel la difficulté réside dans l'encrassement du filtre (7) due à l'opacité et aux dépôts huileux. Un nettoyage automatique doit être prévu en option.

Le débit de gaz recyclés aspirés restera naturellement faible devant le débit d'air d'admission sans avoir recours à une régulation supplémentaire, car l'aspiration d'un moteur diesel augmente quand la charge augmente. Il faut également prévoir en option, avec un dispositif de régulation simple, de maintenir hors gel le dispositif si les conditions climatiques le nécessitent. Ledit dispositif peut se boucher par temps froid suite à de la condensation. Il faut enfin prélever les gaz à la température la plus basse et à la pression la plus basse afin d'éviter leurs inconvénients. Pour résumer il s'agit d'inventer un accessoire simple, nettoyable et facile à installer et autonome sans électronique complexe qui remplisse toutes ces conditions afin d'améliorer les émissions polluantes des moteurs existants sans perturbation, et qui puisse être éventuellement intégré dans la conception des moteurs neufs. Les dispositifs connus fonctionnant à basse pression et basse température ne cumulent pas toutes ces caractéristiques, sont complexes et non adaptés à une installation sur moteur d'occasion. On peut citer à titre d'exemple : EP2159404 Al, pour lequel les gaz restent chauds et incandescents avec nécessité d'une vanne de réglage en continu.

EP1617069 À1, pour lequel de l'eau liquide est injectée selon une régulation complexe. US1,833,552, pour lequel la préoxydation catalytique fait partie intégrante du carburateur mais n'utilise pas les imbrûlés comme source de carbone. La présente invention répond à ce problème, par ses caractéristiques et avantages qui ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après à titre indicatif et nullement limitatif. Le dispositif se présente sous la forme d'un tube rigide (9) fixé à la sortie du pot d'échappement par une bride (4), destiné à recueillir un mélange d'air ambiant et de gaz d'échappement à basse température et basse pression à travers un filtre amovible (7). Le mélange ainsi formé est aspiré vers le moteur dans un tube souple. Il passe par un dévésiculeur (12) et un catalyseur (6). Il est ajouté à l'air d'admission suivant trois possibilités : . par un régulateur de débit (17) pour les moteurs essence, . par une vanne 3 voies (16) pour les moteurs diesel turbo compressés, . directement après le filtre à air (3) pour les moteurs diesel atmosphériques. Cet ensemble comporte les caractéristiques détaillées ci-après. Le tube rigide (9) est fixé au pot d'échappement par une bride (4), afin de positionner le filtre (7) à la fois dans le flux des gaz et dans le flux d'air ambiant. Ce filtre a la particularité d'être muni d'une résistance chauffante (8) destinée à nettoyer ledit filtre par pyrolyse durant la phase de nettoyage. Cette pyrolyse solutionne notamment l'encrassement dans le cas des moteurs diesel atmosphériques. Elle s'effectue par élévation de température en présence d'air, pilotée par un module de commande temporisé (21). La position du filtre permet d'aspirer à basse pression et basse température un mélange de gaz d'échappement et d'air, et ce avec une grande simplicité en évitant de percer le pot d'échappement (5). Le tuyau souple (10) circulant jusqu'au moteur est muni d'un cordon chauffant (11) commandé par thermostat. Les risques d'obstruction par gel sont ainsi éliminés. Le dévésiculeur (12) permet de retenir l'eau condensée afin de ne traiter dans le catalyseur (6) qu'une phase gazeuse. L'eau de condensation résiduelle s'élimine par gravité jusqu'au filtre et participe à son décolmatage et à son nettoyage. Le catalyseur (6) est maintenu contre la ligne d'échappement (2) par une bride (4) ce qui produit un échange thermique permettant aux hydrocarbures imbrûlés d'être pré oxydés. Le catalyseur (6) se compose d'un carter muni de raccords d'entrée et de sortie dans lequel est disposé un matériau choisi pour son effet catalytique et agencé pour présenter au flux qui le traverse une grande surface de contact. Pour les moteurs essence, le raccordement au collecteur d'admission (1) se fait après le papillon en utilisant une canalisation existante (18), par exemple le reniflard ou le canister. Le raccordement se fait via un tuyau rigide calibré (20) qui détermine le débit maximum de gaz. La régulation de débit se fait par un tuyau souple (17) qui s'écrase par dépression lorsque le papillon se ferme. Cette technique permet de limiter le flux gazeux. Lorsque le papillon (19) s'ouvre, la pression d'admission chute, le tuyau reprend progressivement sa forme et autorise de plus forts débits en faisant office de régulateur déformable. Pour les moteurs diesel turbo compressés, le raccordement se fait par une vanne 3 voies (16), qui connecte le dispositif au conduit d'admission (1) soit avant en (15), soit en (14) après le turbo (13). En fonctionnement normal cette vanneetest en configuration (16a) et le turbo aspire le gaz sortant du catalyseur. En phase de nettoyage la vanne est en configuration (16b), ce qui met le dispositif en pression et permet de souffler l'ensemble jusqu'au filtre pour le nettoyer. Cette phase est déclenchée par le module de commande (21). Pour les diesel atmosphériques, la connexion se fait au point (14), après le filtre (3).

La figure 1 est une vue du dispositif installé sur un moteur à allumage commandé (ou moteur "essence"). La figure 2 est une vue du dispositif installé sur un moteur diesel turbo compressé. La figure 3 est une vue de détail du tube rigide permettant d'aspirer le mélange gazeux à basse pression et basse température. En référence à ces dessins, à titre d'exemple non limitatif, et selon les figures 1, 2 et 3, un mode de réalisation est détaillé ci après. le tube (9) est en acier inoxydable ANSI 316, les brides (4) sont des colliers du commerce, le filtre (7) est en tissu métallique tressé en acier inoxydable ANSI 316 ; la résistance (8) d'environ 0,85 ohm est en nichrome haute charge et peut monter jusqu'à 900°C ; le tube de liaison (10) de diamètre intérieur 6 mm est en polyamide ; la résistance (11) est un cordon chauffant 12V autorégulé à puissance constante d'environ 12 watts ; le dévésiculeur (12) est un filtre à tamis métallique ; le catalyseur (6) en acier inoxydable ANSI 316 porté à une température de 250°C par contact avec la ligne d'échappement contient un ensemble de deux plaques métalliques recouvertes de platine d'une surface totale d'au moins 100 cm2 ; la vanne (16) est une vanne 3 voies du commerce ; les raccordements (14) et (15) se font par taraudage et raccords cannelés ; le raccordement au tube (18) se fait pas un té ; le régulateur de débit (17) est un tube de silicone de 10mm de diamètre intérieur et de 20 cm de long ; le tube calibré (20) réglant le débit maximum est en laiton et mesure 2,5 mm de diamètre intérieur ; le module de commande (21) est une minuterie à durée réglable et départ différé commandée par le contact ou par n'importe quelle impulsion jugée pertinente. La présente invention se prête à une application industrielle immédiate avec entre autres les avantages 10 suivants : peu de pièces, coût raisonnable, entretien limité, et installation simple. Les applications connues mais non exhaustives de cette famille de dispositifs sont la lutte contre les émissions polluantes des moteurs déjà en service. 15

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement d'un moteur thermique à combustion interne comportant un tube (9) de prélèvement équipé d'un filtre (7) raccordé à l'admission du moteur via un dévésiculeur (12) et un catalyseur (6) au moyen d'une canalisation (10) ; dispositif caractérisé en ce que la configuration du tube (9) placé après la sortie de la ligne d'échappement (4) permet d'aspirer un mélange d'air ambiant et de gaz d'échappement à basse pression et basse température.
2. Dispositif selon la revendication n°1 caractérisé en ce que le filtre (7) est muni d'une résistance électrique optionnelle (8) destinée à nettoyer le dit filtre (7) par pyrolyse intermittente.
3. Dispositif selon la revendication n°1 caractérisé en ce que le dévésiculeur (12) permet de retenir l'eau de condensation afin de ne pas noyer le catalyseur (6).
4. Dispositif selon la revendication n°1 caractérisé en ce que le catalyseur (6) permet la préoxydation par l'air aspiré par le tube (9) des hydrocarbures imbrûlés présents dans les gaz d'échappement en utilisant leur chaleur comme source d'énergie par échange thermique en plaquant ledit catalyseur (6) sur la ligne d'échappement.
5. Dispositif selon la revendication n°1 caractérisé en ce que la canalisation (10) est munie d'un cordon chauffant antigel (11) optionnel.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le raccordement à un moteur diesel turbo compressé se fait par une vanne trois voies qui connecte le catalyseur (6) soit avantle turbo en (15) en position normale pour aspirer les gaz recyclés soit après le turbo en (14) pour nettoyer le dispositif en utilisant la pression de turbo afin de décolmater le filtre (7) de façon intermittente.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le raccordement à un moteur à allumage commandé dit "essence" se fait après le papillon (19) sur une canalisation existante par l'intermédiaire d'un ensemble de régulation automatique composé d'un ajutage calibré (20) fixant le débit maximum et d'un tube déformable (17) qui s'écrase sous l'effet de la dépression pour adapter la section de passage à la pression d'admission.
8. Dispositif selon les revendications n°2 et n°6 comportant un module de commande (21) caractérisé en ce que ledit module (21) pilote la phase de nettoyage par la résistance (8) et/ou la vanne (16) en réponse à un signal quelconque adapté à l'installation, avec un déclenchement différé à durée réglable, pour une durée limitée réglable.