WO1997042404A1 - Dispositif de purification des gaz d'echappement de moteurs a combustion interne - Google Patents

Dispositif de purification des gaz d'echappement de moteurs a combustion interne Download PDF

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exhaust
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Antonio Goncalves-Pereira
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Goncalves Pereira Antonio
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/04—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using liquids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to devices for purifying the exhaust gases emitted by internal combustion engines, for example fitted to motor vehicles, thermal power stations, and other installations, so as to combat the pollution caused by the proliferation of industrial installations. and vehicles emitting such exhaust gases.
  • Document BE-A-0887246 also discloses a method and a device for purifying exhaust gases from internal combustion engines, in which the exhaust gases are cooled below their dew point, and where the liquid formed and the particles of solid material contained in the exhaust gases are separated.
  • the exhaust gases are preferably brought into contact with a sorption agent after the separation of the solid particles and the liquid in order to separate the other gaseous polluting components therefrom.
  • Document DE-A-2 615456 describes a tank located in the boot of a motor vehicle filled with an oxidizing liquid, which can be filled with an oxidizing liquid or gas, which can be sprayed into the tubing exhaust in its hottest area.
  • the exhaust manifold is fitted with coils to assist in mixing.
  • a compressor coupled to the engine can help with injection.
  • EP-A-0 036 765 relates to a device intended for vehicles used in underground mines to avoid explosions and stop the propagation of possible flames coming from the exhaust pipe of the gases of the heat engine equipping these mining vehicles.
  • the exhaust gases are directed into a water tank to be mixed with the water and to be cooled before being expelled in the form of gas-water spray.
  • a gas-water mixture deflector system is used to slow the speed of the mixture and retain the water inside the container, in order to reduce water consumption.
  • the present invention is placed in this context and aims to provide a device for purifying exhaust gases internal combustion engines fitted to motor vehicles and industrial installations, which is simple to implement, and, therefore, which requires only simple and inexpensive equipment to design and maintain, which does not involve use of hazardous or expensive chemicals.
  • the subject of the present invention is a device for purifying the exhaust gases of internal combustion engines, comprising a chamber disposed between an inlet manifold connected to an engine exhaust gas manifold and a manifold of exit.
  • the enclosure is at least partially filled with a liquid into which the end of the exhaust gas inlet pipe plunges, the liquid being recycled in a circuit comprising a pump aspirating through a pipe the liquid and discharging this liquid through a heat exchanger device.
  • a dividing device is arranged at the outlet of the pump to distribute the liquid supplied by the pump into two parts, a first part towards
  • the heat exchanger, and a second part to a mixing device The heat exchanger, and a second part to a mixing device.
  • the mixing device is disposed on the exhaust gas inlet pipe.
  • the liquid is distributed by the divider device into two substantially equal parts, the divider device may further include a non-return valve allowing the passage of exhaust gases from the exhaust manifold and preventing the passage of the liquid to this collector.
  • the temperature of the liquid in the enclosure is regulated by means of a temperature sensor controlling a fan motor via a servo loop.
  • a gauge may consist of a float gauge.
  • the volume of liquid in the enclosure is between one and three liters per horsepower of engine power.
  • an enclosure designated as a whole by the reference 10, into which opens a tube 12 coming from an exhaust gas manifold 14 of an internal combustion engine M.
  • the enclosure 10 is partially filled with a liquid 16, such as water, so that the end 13 of the tubing 12 plunges into the liquid 16.
  • a liquid 16 such as water
  • tubing 12 are thus caused to bubble in the liquid 16, so that the components of these gases soluble in the liquid 16 can dissolve therein.
  • a tube 18 In the liquid 16, also immerses a tube 18, connected to the suction side of a pump 20 by means of a filter or a strainer 22, to retain the solid particles brought into the enclosure 10 by the exhaust gas.
  • the pump 20 may be electric and supplied only when the motor M is in operation, or mechanical and locked on the output shaft of the motor M.
  • the pump 20 delivers the liquid thus sucked into a dividing device 22, dividing this flow of liquid between two outlet pipes 24 and 26 into two substantially equal parts.
  • the first outlet tubing 24 is connected to a mixer 28, placed on the exhaust gas inlet tubing 12, so that the liquid discharged by the pump 20 into the mixer 28 cannot be directed to the manifold 14 through the tubing 12, but is forced to return to the liquid 16 through the end 13 of the tubing 12.
  • a non-return valve 29 in the mixer 28 may advantageously be used for this purpose. This improves the dissolution of the exhaust gas components in the liquid 16.
  • the second outlet pipe 26 of the divider device 22 is connected to the inlet of a heat exchanger 30, the outlet pipe 32 of which also plunges into the liquid 16.
  • the liquid 16 is thus constantly recycled, while being cooled in the heat exchanger 30. It is advantageously possible to provide for regulation of the temperature of the liquid 16, by means of a temperature 34 for driving a fan motor 36 through a servo loop 40.
  • the exhaust gases thus purified can then leave the enclosure 10 by an outlet pipe 42 to be either rejected into the atmosphere, or reused, by means of a pipe symbolized by the dotted line 44, as oxidant to the entry of the internal combustion engine M.
  • This latter arrangement will find a more specific application for diesel engines used on board submarine ships.
  • the liquid 16 can be made up by means of a conduit 50, fitted with a valve or a tap 52 and opening into the enclosure 10.
  • the used liquid 16 can be drained through a conduit 54, provided with a valve or a tap 56, and opening into the bottom of the enclosure 10.
  • a conduit 54 provided with a valve or a tap 56, and opening into the bottom of the enclosure 10.
  • the volume of liquid 16 in the enclosure 10 should be between one and three liters per horse engine power vapor M.
  • the invention is not limited to the embodiments which have been described, but it is on the contrary liable to receive numerous modifications which will appear to a person skilled in the art.
  • the enclosure 10 any shape desired to facilitate its installation on a motor vehicle without encroaching on the living space of this vehicle.
  • the tubing 18 situated on the suction side of the pump 20 may have part of its length passing in outside the enclosure 10, so as to be able to change the filter 22 at each operation of renewing the liquid 16.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de purification des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, comportant une enceinte (10) disposée entre une tubulure d'entrée (12) reliée à un collecteur (14) de gaz d'échappement du moteur (M) et une tubulure de sortie (42). Selon l'invention, l'enceinte (10) est remplie au moins partiellement d'un liquide (16) dans lequel plonge l'extrémité (13) de la tubulure (12) d'entrée des gaz d'échappement, le liquide (16) étant recyclé dans un circuit comportant une pompe (20) aspirant par une tubulure (18) le liquide (16) et refoulant ce liquide (16) à travers un dispositif échangeur de chaleur (30).

Description

DISPOSITIF DE PURIFICATION DES GAZ D'ECHAPPEMENT DE MOTEURS A COMBUSTION INTERNE
La présente invention concerne les dispositifs de purification des gaz d'échappement émis par les moteurs à combustion interne, équipant par exemple les véhicules automobiles, les centrales thermiques, et autres installations, de façon à lutter contre la pollution engendrée par la prolifération des installations industrielles et des véhicules émettant de tels gaz d'échappement.
On a déjà proposé de tels appareils conçus dans ce but. On connaît ainsi, par exemple, du document DE-A-3428753 un dispositif d'épuration de gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, dans lequel on injecte de la vapeur d'eau surchauffée dans la tubulure d'échappement. Le mélange de vapeur d'eau et de gaz d'échappement est alors refroidi de façon à liquéfier la vapeur, et le mélange acide en résultant est stocké pour des vidanges périodiques. Dans ce dispositif, un réservoir d'eau avec un indicateur de niveau au tableau de bord du véhicule et une valve de décharge commandée depuis ce tableau de bord, alimente un générateur de vapeur comportant un bobinage de chauffage connecté à l'alternateur du véhicule. Un radiateur de refroidissement condense les éléments polluants en acides qui sont collectés dans le réservoir. Un indicateur de niveau sur le tableau de bord indique le niveau dans le réservoir.
On connaît également du document BE-A-0887246 un procédé et un dispositif d'épuration de gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, dans lequel les gaz d'échappement sont refroidis en dessous de leur point de rosée, et où on sépare le liquide formé et les particules de matériau solide contenu dans les gaz d'échappement. Les gaz d'échappement sont, de préférence, mis en contact avec un agent de sorption après la séparation des particules solides et du liquide pour en séparer les autres composants polluants gazeux.
Le document DE-A-2 615456 décrit un réservoir situé dans le coffre d'un véhicule automobile rempli d'un liquide oxydant, qui peut être rempli d'un liquide ou d'un gaz oxydant, qui peut être pulvérisé dans la tubulure d'échappement dans sa zone la plus chaude. La tubulure d'échappement est équipée de serpentins pour aider au mélange. Un compresseur couplé au moteur peut aider à l'injection.
Le EP-A-0 036 765 concerne un dispositif destiné aux véhicules utilisés dans les mines sous-terraines pour éviter des explosions et arrêter la propagation de flammes éventuelles issues du conduit d'échappement des gaz du moteur thermique équipant ces véhicules miniers. Les gaz d'échappement sont dirigés dans un réservoir d'eau pour être mélangés à l'eau et être refroidis avant d'être expulsés sous forme gaz-eau pulvérisée. Un système déflecteur du mélange gaz-eau est mis en oeuvre pour ralentir la vitesse du mélange et retenir l'eau à l'intérieur du conteneur, en vue de réduire la consommation en eau.
Ces documents décrivent soit des systèmes complexes et coûteux, et nécessitant des produits chimiques de manipulation délicate, et donc inexploitables à grande échelle, soit des systèmes rudimentaires n'ayant qu'une efficacité très limitée, soit des systèmes spécifiques.
La présente invention se place dans ce contexte et a pour objet de proposer un dispositif pour purifier les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne équipant les véhicules automobiles et les installations industrielles, qui soit simple à mettre en oeuvre, et, donc, qui ne nécessite qu'un appareillage simple et peu onéreux à concevoir et à entretenir, qui n'implique pas l'utilisation de produits chimiques dangereux ou onéreux.
Dans ce but, la présente invention a pour objet un dispositif de purification des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, comportant une enceinte disposée entre une tubulure d'entrée reliée à un collecteur de gaz d'échappement du moteur et une tubulure de sortie.
Selon l'invention, l'enceinte est remplie au moins partiellement d'un liquide dans lequel plonge l'extrémité de la tubulure d'entrée des gaz d'échappement, le liquide étant recyclé dans un circuit comportant une pompe aspirant par une tubulure le liquide et refoulant ce liquide à travers un dispositif échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique de l'invention, un dispositif diviseur est disposé en sortie de la pompe pour répartir le liquide fourni par la pompe en deux parties, une première partie vers
1'échangeur de chaleur, et une seconde partie vers un dispositif mélangeur.
De préférence, le dispositif mélangeur est disposé sur la tubulure d'entrée des gaz d'échappement.
De façon avantageuse, le liquide est réparti par le dispositif diviseur en deux parties sensiblement égales, le dispositif diviseur pouvant comporter de plus un clapet anti-retour autorisant le passage des gaz d'échappement en provenance du collecteur d'échappement et interdisant le passage du liquide vers ce collecteur. Selon un mode de réalisation avantageux, la température du liquide dans l'enceinte est régulée au moyen d'un capteur de température pilotant un moteur de ventilateur par l'intermédiaire d'une boucle d'asservissement.
On pourra prévoir qu'un filtre soit disposé sur la tubulure du côté de l'aspiration de la pompe, et qu'une jauge mesure le niveau de liquide dans l'enceinte et soit reliée à un dispositif indicateur de ce niveau de liquide. Une telle jauge pourra être constituée d'une jauge à flotteur.
De préférence, le volume de liquide dans l'enceinte est compris entre un et trois litres par cheval vapeur de puissance du moteur.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif, en référence au dessin annexé sur lequel : la Figure unique représente schématiquement en coupe un dispositif de purification de gaz d'échappement, réalisé conformément à la présente invention.
En référence à cette Figure unique, on a représenté une enceinte, désignée dans son ensemble par la référence 10, dans laquelle débouche une tubulure 12 issue d'un collecteur 14 de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne M.
L'enceinte 10 est remplie partiellement d'un liquide 16, tel que de l'eau, de telle façon que l'extrémité 13 de la tubulure 12 plonge dans le liquide 16. Les gaz d'échappement émanant de la 7/42404 PC17FR97/00780
tubulure 12 sont ainsi amenés à barboter dans le liquide 16, de sorte que les composants de ces gaz solubles dans le liquide 16 puissent s'y dissoudre.
Dans le liquide 16, plonge également une tubulure 18, reliée au côté d'aspiration d'une pompe 20 par l'intermédiaire d'un filtre ou d'une crépine 22, pour retenir les particules solides amenées dans l'enceinte 10 par les gaz d'échappement. La pompe 20 pourra être électrique et alimentée uniquement lorsque le moteur M est en fonctionnement, ou mécanique et calée sur l'arbre de sortie du moteur M.
La pompe 20 débite le liquide ainsi aspiré dans un dispositif diviseur 22, séparant en deux parties sensiblement égales ce débit de liquide entre deux tubulures de sortie 24 et 26.
La première tubulure de sortie 24 est reliée à un mélangeur 28, placé sur la tubulure 12 d'arrivée des gaz d'échappement, de telle façon que le liquide refoulé par la pompe 20 dans le mélangeur 28 ne puisse pas être dirigé vers le collecteur 14 par la tubulure 12, mais soit forcé à retourner dans le liquide 16 par l'extrémité 13 de la tubulure 12. Un clapet anti-retour 29 dans le mélangeur 28 pourra avantageusement être utilisé à cet effet. On améliore ainsi la dissolution des composants des gaz d'échappement dans le liquide 16.
La seconde tubulure de sortie 26 du dispositif diviseur 22 est reliée à l'entrée d'un échangeur de chaleur 30, dont la tubulure de sortie 32 plonge également dans le liquide 16. Le liquide 16 se trouve ainsi recyclé en permanence, tout en étant refroidi dans 1'échangeur de chaleur 30. On pourra avantageusement prévoir une régulation de la température du liquide 16, au moyen d'un capteur de température 34 pour piloter un moteur 36 de ventilateur 38 par l'intermédiaire d'une boucle d'asservissement 40.
On pourra ainsi maintenir la température du liquide 16 à une valeur pour laquelle la dissolution des composants du gaz d'échappement qui sont solubles dans le liquide 16 a une efficacité maximale.
Les gaz d'échappement ainsi purifiés peuvent alors sortir de l'enceinte 10 par une tubulure de sortie 42 pour être soit rejetés dans l'atmosphère, soit réutilisés, au moyen d'une tubulure symbolisée par la ligne pointillée 44, comme comburant à l'entrée du moteur à combustion interne M. Cette dernière disposition trouvera une application plus particulièrement destinée à des moteurs Diesel utilisés à bord des navires sous-marins.
On pourra également prévoir une surveillance du niveau du liquide 16 dans l'enceinte 10, au moyen d'une jauge 46, à flotteur dans l'exemple représenté, reliée à un dispositif indicateur 48, situé par exemple au tableau de bord d'un véhicule automobile dans le cas où le moteur M est utilisé pour assurer la propulsion de ce véhicule.
L'appoint en liquide 16 pourra être réalisé au moyen d'un conduit 50, muni d'une vanne ou d'un robinet 52 et débouchant dans l'enceinte 10.
Lorsqu'après un certain temps d'utilisation, le liquide 16 doit être renouvelé, le liquide usagé pourra être vidangé par l'intermédiaire d'un conduit 54, muni d'une vanne ou d'un robinet 56, et débouchant dans le fond de l'enceinte 10. Dans le cas où le dispositif de purification est utilisé pour les gaz d'échappement d'un véhicule automobile, une telle opération pourra être réalisée en même temps que la vidange périodique de l'huile de lubrification du moteur de ce véhicule.
On a calculé que, pour obtenir ce résultat, c'est à dire remplacer le liquide 16 après que le véhicule ait parcouru environ cinq mille kilomètres, le volume de liquide 16 dans l'enceinte 10 devait être compris entre un et trois litres par cheval vapeur de puissance du moteur M.
On est ainsi assuré que les gaz d'échappement issus du collecteur 14, et entrant dans l'enceinte 10 par la tubulure 12, en ressortent en ayant été au contact du liquide 16 dans des conditions optimales de température et de rapport volumique, la dissolution des composants du gaz d'échappement solubles dans le liquide 16 étant ainsi obtenue avec une efficacité maximale.
On a donc bien réalisé, selon la présente invention, un dispositif pour purifier les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne, qui est de conception particulièrement simple, et donc peu onéreuse. L'entretien de ce dispositif est lui aussi simple à effectuer, puisqu'il suffit de manipuler les robinets 52 et 56 pour renouveler le liquide 16.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits, mais elle est susceptible au contraire de recevoir de nombreuses modifications qui apparaîtront à l'homme du métier. C'est ainsi, par exemple, que l'on pourra donner à l'enceinte 10 toute forme voulue pour faciliter son installation sur un véhicule automobile sans empiéter sur le volume habitable de ce véhicule. De même, on pourra prévoir que la tubulure 18 située du côté aspiration de la pompe 20 ait une partie de sa longueur passant en dehors de l'enceinte 10, de façon à pouvoir changer le filtre 22 à chaque opération de renouvellement du liquide 16.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif de purification des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, comportant une enceinte (10) disposée entre une tubulure d'entrée (12) reliée à un collecteur (14) de gaz d'échappement du moteur (M) et une tubulure de sortie (42), caractérisé en ce que l'enceinte (10) est remplie au moins partiellement d'un liquide (16) dans lequel plonge l'extrémité (13) de la tubulure (12) d'entrée des gaz d'échappement, le liquide (16) étant recyclé dans un circuit comportant une pompe (20) aspirant par une tubulure (18) le liquide (16) et refoulant ce liquide (16) à travers un dispositif échangeur de chaleur (30).
2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un dispositif diviseur (22) est disposé en sortie de la pompe (20) pour répartir le liquide (16) fourni par la pompe (20) en deux parties, une première partie vers l'échangeur de chaleur (30), et une seconde partie vers un dispositif mélangeur (28).
3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif mélangeur (28) est disposé sur la tubulure (12) d'entrée des gaz d'échappement.
4 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le liquide (16) est réparti par le dispositif diviseur (22) en deux parties sensiblement égales.
5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif diviseur (22) comporte un clapet anti-retour (29) autorisant le passage des gaz d'échappement en provenance du collecteur d'échappement (14) et interdisant le passage du liquide (16) vers ce collecteur (14).
6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température du liquide (16) dans l'enceinte (10) est régulée au moyen d'un capteur de température (34) pilotant un moteur (36) de ventilateur (38) par l'intermédiaire d'une boucle d'asservissement (40).
7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un filtre (22) est disposé sur la tubulure (18) du côté de l'aspiration de la pompe (20).
8 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une jauge (46) mesure le niveau de liquide (16) dans l'enceinte (10) et est reliée à un dispositif indicateur (48) de ce niveau de liquide (16).
9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la jauge (46) est une jauge à flotteur (46).
10 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume de liquide (16) dans l'enceinte (10) est compris entre un et trois litres par cheval vapeur de puissance du moteur (M).
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