WO2000050760A1 - Procede et dispositif pour ameliorer la combustion d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

Procédé d'amélioration de la combustion de carburants dans des appareils dans lesquels un mélange d'un carburant et d'un comburant est brûlé pour fournir de l'énergie par lequel un composé organique solide est sublimé dans un courant de gaz comburant préalablement à son mélange avec un carburant, le mélange en résultant étant ensuite brûlé pour fournir de l'énergie. Selon l'invention, la proportion volumique sublimée dudit composé organique par rapport au volume de gaz comburant faisant partie dudit mélange, est située dans une gamme allant de 0,5 et 15 ppm. Application à l'amélioration de la combustion d'un moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, ou d'un brûleur industriel.

Description

Procédé et dispositif pour améliorer la combustion d'un moteur à combustion interne La présente invention est relative à un procédé et un dispositif d'amélioration de la combustion de carburants dans des appareils dans lesquels un mélange d'un carburant et d'un comburant est brûlé pour fournir de l'énergie.

Le document WO 98/01662 au nom des Demandeurs décrit un procédé et un dispositif de ce type. Plus précisément/ dans ce document antérieur, l'arrivée de gaz comburant de l'appareil est pourvue de moyens destinés à y maintenir du naphtalène sous forme solide afin que le gaz comburant en soit chargé par transformation directe du naphtalène de sa phase solide en une phase gazeuse, processus que l'on appellera "sublimation" dans la présente description. Dans une version préférée du dispositif décrit dans le document précité, les moyens pour maintenir le naphtalène dans le courant de comburant gazeux sont formés par une cartouche placée dans un filtre disposé dans le conduit d'amenée de gaz comburant vers l'appareil. Par exemple, si l'appareil est un moteur à combustion interne ou un brûleur alimenté avec un carburant formé d'hydrocarbures, les moyens de maintien du naphtalène sont placés dans le filtre à air de l'appareil en question.

Le document précité précise par ailleurs que la quantité de naphtalène est choisie à une valeur qui ne dépasse pas 5 gs par litre de gaz comburant envoyé dans l'appareil. Or, grâce à de nombreux essais effectués par les Demandeurs, il s'est avéré que la proportion indiquée de naphtalène ne conduit pas à l'effet recherché d'amélioration de la combustion.

La présente invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif d'amélioration de la combustion perfectionnés par rapport à ceux décrits dans l'art antérieur qui vient d'être analysé brièvement ci-dessus, et notamment d'indiquer les proportions volumiques efficaces de composé sublimable par rapport au volume de gaz comburant à utiliser.

Elle a donc pour objet un procédé d'amélioration de la combustion de carburants dans des appareils dans lesquels un mélange d'un carburant et d'un comburant est brûlé pour fournir de l'énergie par lequel un composé organique solide est sublimé dans un courant de gaz comburant préalablement à son mélange avec un carburant, le mélange en résultant étant ensuite brûlé pour fournir de l'énergie, caractérisé en ce que la proportion volumique sublimée dudit composé organique par rapport au volume de gaz comburant faisant partie dudit mélange, est située dans une gamme allant de 0,5 ppm à 15 ppm. Selon l'invention, la proportion volumique du composé organique sublimable peut donc être plus faibles de plusieurs ordres de grandeur par rapport à la proportion qui a été indiquée dans l'art antérieur. Par ailleurs, les essais ont montrés qu'en dehors de la gamme de valeurs indiquées, l'effet d'amélioration de la combustion est nul. Il en résulte en définitive que la quantité de composé organique sublimable consommé par le procédé selon 1 ' invention est très nettement plus faible à la consommation estimée antérieurement. Selon d'autres caractéristiques du procédé de l'invention: dans le cas où il est mis en oeuvre dans un moteur à combustion interne, ladite gamme est de 0,5 ppm à 2,5 ppm, de préférence de 1,2 ppm à 1,5 ppm; - dans le cas où il est mis en oeuvre dans un brûleur industriel, ladite gamme est de 5 ppm à 15 ppm;

Les essais effectués par les Demandeurs ont également montré que le naphtalène n'est pas la seule substance sublimable qui soit appropriée pour la mise en oeuvre de l'invention. Par conséquent selon d'autres caractéristiques du procédé de l'invention: ledit composé organique est choisi parmi les composés aromatiques polycycliques, les composés alicycliques polycycliques, les composés aromatiques fonctionnalisés, les composés alicycliques fonctionnalisés, les acides aromatiques ou aliphatiques et/ou des mélanges de ces composés; ledit composé sublimable est choisi parmi le groupe de composés constitué par le naphtalène, l'anthracène, le cubane, l'adamantane, le camphane, les naphtols, l'antraquinone, le camphre, ou des mélanges de ces composés; ledit composé sublimable est le naphtalène, l'adamantane et/ou le camphane; le ou les composés sublimables sont utilisés sous forme de comprimés obtenus par compactage de leurs poudres; lesdits comprimés ne comportent qu'un seul composé choisi dans ledit groupe de composés; lesdits comprimés comportent au moins deux composés choisis dans ledit groupe de composés.

L'invention a également pour objet un filtre de comburant pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, comportant un carter présentant une entrée et une sortie de gaz comburant et, interposé entre cette entrée et cette sortie, un élément de filtrage, le filtre comprenant également une cartouche disposée en aval dudit élément de filtrage par rapport au courant de gaz comburant le traversant, ladite cartouche comprenant des tubes perforés dans lesquels est disposé le composé organique sublimable, ledit filtre étant caractérisé en ce que ladite cartouche comprend au moins un organe de support en forme de bande présentant des ondulations enserrant lesdits tubes, de préférence par effet élastique.

Grâce à cette caractéristique particulière du filtre selon l'invention, la structure de la cartouche en bandes induit une perte de charge minimale vis-à-vis du courant de comburant traversant le filtre.

Selon d'autres caractéristiques de ce filtre selon 1' invention: ledit élément de filtrage étant de forme générale cylindrique et annulaire, ledit organe de support en forme de bande est élastique et conformée en un C dont les branches sont sollicitées vers l'extérieur et en ce que cet organe de support est maintenu dans ledit élément de filtrage par application de ladite bande contre sa paroi intérieure; chaque branche de ladite bande se prolonge vers l'intérieur du C par une portion ondulée à laquelle est fixée une lamelle également ondulée de manière à ménager avec ladite bande des passages pour la fixation desdits tubes; ledit élément de filtrage présentant une forme essentiellement plate, ledit organe de support en forme de bande comprend deux lamelles ondulées fixées l'une à l'autre de manière à délimiter des passages pour lesdits tubes, ladite cartouche étant disposée directement contre ledit élément de filtrage, de préférence en reposant sur celui-ci par gravité; chaque tube est dépourvu de perforations sur une partie de sa longueur afin de renfermer une réserve de composé organique sublimable; lesdits comprimés peuvent être empilés dans lesdits tubes et sollicités par un ressort disposé à l'une des extrémités de l'empilement des comprimés; ledit organe de support en forme de bande présente des ondulations en forme d'oméga dans lesquelles lesdits tubes son pris par enclipsage.

Les caractéristiques particulières du filtre qui viennent d'être définies apportent notamment les avantages suivants :

La fixation des tubes contenant le composé organique sublimable par des bandes ondulées permet un montage aisé des tubes dans la cartouche. - La quantité de composé placée dans le filtre peut être facilement modulée en choisissant le nombre de tubes fixés dans les bandes ondulées . Ceci représente une commodité avantageuse pour l'utilisateur, même non professionnel, car il pourra, non seulement, lui-même replacer les filtres usagés, mais également adapter sans difficultés la cartouche à l'appareil auquel le filtre est associé.

Par exemple, si le filtre est monté sur un moteur de véhicule automobile, il peut ainsi facilement être adapté à la cylindrée du moteur, en particulier au moment où la cartouche est vendue dans le commerce de détail. Par ailleurs, une adaptation à la forme du filtre peut être réalisée sans problèmes en disposant de façon adéquate les tubes par rapport à l'entrée et la sortie de filtre. - La structure de la cartouche est telle que les tubes sont dégagés de 1 ' élément de filtrage et pour ce qui concerne la configuration cylindrique envisagée, elle place les tubes au centre du flux de comburant.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 montre en vue en coupe axiale, un filtre de comburant utilisé en amont du collecteur d'aspiration d'un moteur à combustion interne, le filtre étant pourvu d'une charge de composé organique sublimable; la figure 2 est une vue en coupe radiale du filtre de la figure 1, selon la ligne de coupe II-II; la figure 4 est une vue en coupe verticale d'un filtre plat utilisable comme le filtre de la figure 1 et chargé également d'un composé organique sublimable; la figure 5 est une vue en plan du filtre de la figure 4, son couvercle étant enlevé; - les figures 6 et 7 montrent deux variantes de réalisation permettant de fixer des tubes remplis de composé organique sublimable dans un filtre selon les figures 1 à 3 ou 4 et 5.

Les figures 1 à 3 représentent un premier mode de réalisation d'un filtre pour la mise en œuvre du procédé selon 1 ' invention.

Il s'agit d'un filtre 1 à comburant pour un moteur à combustion interne comprenant un carter 2 fermé par un couvercle 3, le tout étant de forme générale cylindrique. Le carter 1 présente un orifice d'entrée latéral 4 destiné à être raccordé sur une prise (non représentée) de comburant, de l'air par exemple. Il présente également un orifice de sortie 5 axial destiné à être branché sur le collecteur d'aspiration (également non représenté) d'un moteur à combustion interne.

Un élément annulaire de filtrage 6 de forme et de texture classique est disposé axialement dans le filtre en étant maintenu par tout moyen approprié.

Le filtre 1 renferme également une cartouche 7 contenant un produit organique sublimable. Cette cartouche 7 comprend deux supports 8a et 8b placés à l'intérieur de l'élément de filtrage 6 à une certaine distance l'un de l'autre le long de l'axe du filtre. Chacun de ces supports comprend une bande élastique 9 cintrée en forme de C dont l'élasticité est telle que les extrémités du C aient tendance à s'écarter l'une de l'autre. Par conséquent, pour placer un tel support à l'intérieur de l'élément de filtrage 6, il convient de rapprocher ses extrémités l'une de l'autre d'introduire le support dans celui-ci, puis de relâcher les extrémités de manière que les branches du C viennent s'appuyer sous contrainte élastique contre l'élément de filtrage 6. Il en résulte un montage/démontage très commode de la cartouche 7 ne nécessitant aucun outil. Cette disposition est particulièrement appropriée pour rendre commode le remplacement d'une cartouche usagée par une cartouche pleine.

Au-delà des extrémités de la partie en C de la bande 9, celle-ci est repliée vers l'intérieur et conformée de manière à présenter des parties ondulées 10a, 10b et 10c dont les sommets sont orientés latéralement vers l'extérieur. Chacune de ces parties ondulées est doublée par une partie ondulée (respectivement lia, 11b et lie) d'une seconde bande 11, deux de ces bandes étant prévues dans l'exemple décrit.

Les parties ondulées associées 10a, lia, 10b, 11b et 10c, lie délimitent un passage 12 pour un tube réservoir 13 destiné à contenir du composé sublimable. Chacun de ces tubes est formé d'une portion de tôle roulée dont les bords longitudinaux ne sont pas jointifs en délimitant ainsi une fente longitudinale 14 (figure 3) . La tôle roulée est fermée à chaque extrémité par un bouchon 15, de préférence inviolable. Par ailleurs, elle est perforée pour former des rangées de trous 16 situées sur des génératrices qui sont écartées de 90° l'une de l'autre et par rapport à la fente 14, respectivement. On notera toutefois que ces rangées de trous ne s'étendent pas sur toute la longueur des tubes, la portion correspondant à une distance d de chaque tube dépourvue de trous se trouvant, dans l'exemple décrit, dans la partie du filtre située au-delà de l'entrée 4 par rapport à la sortie 5. La raison en sera expliquée ci-dessous. De préférence, la surface apparente de la fente 14 est égale à la surface apparente cumulée d'une rangée de trous 16.

Avant d'être scellé, chaque tube 13 est rempli de boulettes solides 17 du produit organique sublimable, chaque boulette ayant un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube. Les boulettes 17 sont empilées dans le tube 13 et appuyées les unes sur les autres grâce à un ressort 18 prévu à l'intérieur du tube à l'une des extrémités de celui-ci. Dès lors, on comprend la raison d'être de la portion de chaque tube dépourvue de trous. Elle peut en effet servir de réservoir de boulettes, celles qui s'y trouvent n'étant pas entamées par la sublimation tant qu'elles ne sont pas descendues vers la portion perforée du tube après consommation partielle ou totale des boulettes logées dans cette portion perforée. II est à noter à cet égard que le courant de comburant dans le filtre s'établit majoritairement dans une zone située entre l'entrée 4 et la sortie 5 du filtre

(dans l'exemple la zone inférieure), le restant du volume du filtre étant traversé par un courant de comburant ayant un débit plus faible. La localisation du tronçon dépourvu de trous de chaque tube coïncide donc de préférence avec ce restant de volume balayé par un faible courant de comburant.

La surface totale des trous 16 et de la fente 14 cumulée pour tous les tubes 13 détermine le débit de sublimation du composé sublimable lorsqu'il est balayé par le courant de comburant pénétrant dans chaque tube et en sortant chargé d'une certaine proportion de composé sublimé. Cette surface totale est choisie de telle manière que, compte tenu notamment du débit de gaz comburant passant dans le filtre, la proportion de composé sublimé dans le courant de gaz sortant du filtre par l'orifice de sortie 5, se situe entre 0,5 ppm et 2,5 ppm, une efficacité maximale pouvant être obtenue, si cette surface fixe la proportion entre 1,2 et 1,5 ppm. Dans le cas du naphtalène, 1 ppm volumique de produit sublimé correspond à 5,71 mg de naphtalène par m³ de gaz comburant tel que l'air.

Selon le procédé d'amélioration de la combustion mis en oeuvre à l'aide du filtre de comburant que l'on vient de décrire, les composés organiques doivent se sublimer entre -15°C et + 80°C et ils peuvent être choisis parmi les composés aromatiques polycycliques, les composés alicycliques polycycliques, les composés aromatiques fonctionnalisés, les composés alicycliques fonctionnalisés, les acides aromatiques ou aliphatiques et/ou des mélanges de ces composés . II s'est avéré que les composés suivants sont particulièrement appropriés: le naphtalène, 1 'anthracène, le cubane, l'adamantane, le camphane, les naphtols, l'antraquinone, le camphre. Il est également possible d'utiliser un mélange de deux ou plusieurs de ces produits. Cependant, actuellement, le naphtalène, l'adamantane et le camphane sont des produits préférés.

Il est en outre avantageux de conditionner le ou les composés organiques sublimables sous forme de comprimés obtenus par compactage d'une poudre du ou des composés concernés. La forme des comprimés sera adaptée au support destiné à les maintenir dans le courant de gaz comburant. On a vu précédemment que des comprimés en forme de boulettes s'adaptent bien dans un filtre de comburant tel que décrit ci-dessus. Cependant, d'autres formes sont possibles telles que des bâtonnets, des pastilles etc.

Le filtre décrit ci-dessus à propos des figures 1 à 3 a été monté sur un moteur diesel sur banc d'essai, le moteur ayant d'abord subi des tests, alors que le filtre était dépourvu de la cartouche 7, puis les mêmes tests ont été effectués alors que cette cartouche été en place comme représenté sur les figures 1 à 3. Pendant les deux séances de tests, on a mesuré successivement, à pleine charge, au ralenti et pendant des phases transitoires de fonctionnement du moteur, les paramètres suivants et ce pour trois composés organiques sublimables différents, ces composés étant respectivement, le naphtalène, l'adamantane et le camphane: - Couple fourni par le moteur;

Consommation spécifique de carburant; Teneur en CO des gaz d'échappement; Teneur en hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d' échappement; - Opacité des gaz d'échappement

Teneur en NOx des gaz d'échappement. Les valeurs de ces paramètres ont été mesurées et on a relevé la variation en pourcentage des valeurs relevées pendant la première séance d'essais par rapport aux valeurs équivalentes de la seconde séance.

En outre, les phases transitoires ont été examinées en prenant des moyennes des valeurs mesurées pendant des montées en régime successives du ralenti à 4000 t/min, avec des paliers tous les 500t/min, et ce pendant une heure.

Les résultats de cette étude comparative apparaissent dans le tableau suivant: TABLEAU

Dans ce tableau, les tirets signifient que la valeur correspondante n'a pas été mesurée ou n'était pas mesurable.

On constate ainsi que l'utilisation selon l'invention du composé organique sublimable entraîne une réduction de la consommation en carburant et une amélioration considérable des paramètres déterminant la pollution par les gaz d'échappement du moteur.

Les figures 4 et 5 montrent un autre filtre de gaz comburant 1A présentant une forme parellélépipédique. Le carter 2A de ce filtre comprend un couvercle 3A, une entrée latérale 4A de gaz comburant et une sortie 5A prévue dans le couvercle 3A. La cartouche 7A de composé organique sublimable est conformée de manière analogue à celle décrite à propos des figures 1 à 3, à ceci près que la bande 9A n'est pas élastique et développée dans un plan en reposant par gravité sur l'élément de filtrage 6A. La cartouche comporte des tubes 13 analogues à ceux déjà décrits. Seulement trois de ces tubes étant représentés. On notera toutefois qu'ils ont des trous sur toute leur longueur et sont dépourvus de ressort. Par ailleurs, dans un espace proche de l'entrée 4A, il n'y a pas de tubes, ceci afin de garantir une sublimation aussi uniforme que possible du composé.

La figure 6 représente une variante de fixation des tubes 13 dans le filtre. Ceux-ci sont pris élastiquement entre deux bandes 19 ondulées fixées convenablement à la paroi du filtre. La figure 7 montre une autre variante de fixation dans laquelle les tubes 13 sont clipsés dans des logements 20 en forme d'oméga d'une bande 21, celle-ci étant convenablement fixée dans le carter du filtre. Des essais effectués sur des brûleurs industriels utilisables notamment dans des installations de chauffage central ont démontré également l'efficacité du procédé selon l'invention. On a pu constater que, par rapport à un brûleur non équipé d'un filtre de comburant selon l'invention, un brûleur équipé peut réduire sa consommation de jusqu'à 22%, que les émanations de souffre étaient supprimées, les NOx diminuant de 50% et l'opacité étant réduite également de 50%.

Dans le cas des brûleurs industriels, un filtre n'est pas habituel. Il est donc possible de disposer une cartouche de produit organique sublimable directement dans le conduit d'amenée du gaz comburant. Dans ce cas, la proportion de composé organique sublimable est située de préférence dans une gamme allant de 5 ppm à 15 ppm selon le type de brûleur équipé.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé d'amélioration de la combustion de carburants dans des appareils dans lesquels un mélange d'un carburant et d'un comburant est brûlé pour fournir de l'énergie par lequel un composé organique solide est sublimé dans un courant de gaz comburant préalablement à son mélange avec un carburant, le mélange en résultant étant ensuite brûlé pour fournir de l'énergie, caractérisé en ce que la proportion volumique sublimée dudit composé organique par rapport au volume de gaz comburant faisant partie dudit mélange, est située dans une gamme allant de 0,5 et 15 ppm.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où il est mis en oeuvre dans un moteur à combustion interne, ladite gamme est de 0,5 ppm à 2,5 ppm, de préférence de 1,2 ppm à 1,5 ppm.

3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où il est mis en oeuvre dans un brûleur industriel, ladite gamme est de 5 ppm à 15 ppm.

4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit composé organique est choisi parmi les composés aromatiques polycycliques, les composés alicycliques polycycliques, les composés aromatiques fonctionnalisés, les composés alicycliques fonctionnalisés, les acides aromatiques ou aliphatiques et/ou des mélanges de ces composés .

5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ledit composé sublimable est choisi parmi le groupe de composés constitué par le naphtalène, 1 'anthracène, le cubane, l'adamantane, le camphane, les naphtols, l'antraquinone, le camphre, ou des mélanges de ces composés.

6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ledit composé sublimable est le naphtalène, l'adamantane et/ou le camphane.

7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le ou les composés sublimables sont utilisés sous forme de comprimés obtenus par compactage de leurs poudres.

8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits comprimés ne comportent qu'un seul composé choisi dans ledit groupe de composés.

9. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits comprimés comportent au moins deux composés choisis dans ledit groupe de composés .

10. Filtre de comburant pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un carter présentant une entrée et une sortie de gaz comburant et, interposé entre cette entrée et cette sortie, un élément de filtrage, le filtre comprenant également une cartouche disposée en aval dudit élément de filtrage par rapport au courant de gaz comburant le traversant, ladite cartouche comprenant des tubes perforés dans lesquels est disposé le composé organique sublimable, ledit filtre étant caractérisé en ce que ladite cartouche comprend au moins un organe de support en forme de bande présentant des ondulations enserrant lesdits tubes, de préférence par effet élastique.

11. Filtre suivant la revendication 10, dans lequel ledit élément de filtrage est de forme générale cylindrique et annulaire, caractérisé en ce que ledit organe de support en forme de bande est élastique et conformée en un C dont les branches sont sollicitées vers 1 ' extérieur et en ce que cet organe de support est maintenu dans ledit élément de filtrage par application de ladite bande contre sa paroi intérieure.

12. Filtre suivant la revendication 11, caractérisé en ce que chaque branche de ladite bande se prolonge vers l'intérieur du C par une portion ondulée à laquelle est fixée une lamelle également ondulée de manière à ménager avec ladite bande des passages pour la fixation desdits tubes.

13. Filtre suivant la revendication 10, dans lequel ledit élément de filtrage présente une forme essentiellement plate, caractérisé en ce que ledit organe de support en forme de bande comprend deux lamelles ondulées fixées l'une à l'autre de manière à délimiter des passages pour lesdits tubes, ladite cartouche étant disposée directement contre ledit élément de filtrage, de préférence en reposant sur celui-ci par gravité.

14. Filtre suivant l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que chaque tube est dépourvu de perforations sur au moins une partie de sa longueur afin de renfermer une réserve de composé organique sublimable.

15. Filtre suivant la revendication 13 pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que lesdits comprimés sont empilés dans lesdits tubes et sollicités par un ressort disposé à l'une des extrémités de l'empilement des comprimés.

16. Filtre suivant l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que ledit organe de support en forme de bande présente des ondulations en forme d'oméga dans lesquelles lesdits tubes son pris par enclipsage.