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Title:
DEVICE AND METHOD FOR PURIFYING SPARK IGNITION ENGINE EXHAUST GASES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/028195
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a device for purifying the exhaust gases of spark ignition engines, consisting of a cylinder fixed on the gas exhaust pipe and comprising a gas compression chamber, one or several filtering cartridges loaded with calcium carbonate powder or tablets, an output filter and a purifying gate valve. Said device is advantageously used downstream of a standard three-way catalyst container.

Inventors:
BOURCIER DE CARBON ALAIN (FR)
Application Number:
PCT/FR1999/002719
Publication Date:
May 18, 2000
Filing Date:
November 05, 1999
Export Citation:
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Assignee:
BOURCIER DE CARBON ALAIN (FR)
International Classes:
B01D53/94; F01N3/08; F01N3/28; F01N13/18; F01N13/02; F01N13/14; (IPC1-7): F01N3/08; F01N3/28
Foreign References:
US2077563A1937-04-20
GB2310386A1997-08-27
US4093422A1978-06-06
US5000768A1991-03-19
US2216763A1940-10-08
DE3440562A11985-05-02
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 098, no. 009 31 July 1998 (1998-07-31)
Attorney, Agent or Firm:
Cournarie, Michèle (avenue Raymond Poincaré Paris, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Dispositif adaptable aux moteurs à explosion (essence et gazoil) qui s'avèrent tre polluants après usage avec rejet de gaz toxiques (CO, NOX et HC) et pouvant neutraliser cette pollution au moyen de carbonate de calcium (CaC03), caractérisé en ce qu'il se présente sous forme d'un cylindre comportant : a). une chambre de compression des gaz, b). une ou plusieurs cartouches filtrantes chargées de CaC03, en poudre ou en comprimés, c). un filtre qui est un tamis ou une tôle perforée, laissant passer les gaz contenant en suspension du CaCO3 pulvérisé, d). une vanne d'épuration, et fixé sur le tuyau d'échappement des gaz.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les cartouches filtrantes sont de forme cylindrique permettant un approvisionnement par conditionnement en sachet de papier et comportent une enveloppe métallique en grillage ou tôle perforée.
3. Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la vanne d'épuration est réalisée au moyen d'une séparation dudit cylindre en deux parties s'emboîtant l'une dans l'autre.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est logé dans le parechocs du véhicule équipé d'un moteur à explosion, pare chocs aménagé à cet effet et servant de protection antibrûlures.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit parechocs comporte un moyen donnant accès au cylindre.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le CaCO3 est additionné d'un adjuvant tel que : du chlorure de sodium (NaCI), ou du chlorure de calcium (CaCl2).
7. Procédé d'épuration des gaz d'échappement des véhicules à moteur à explosion, caractérisé en ce que les gaz d'échappement passent d'abord dans un pot catalytique trois voies puis dans un réacteur cylindrique contenant de la poudre de carbonate de calcium (CaC03).
8. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le réacteur cylindrique contenant de la poudre de carbonate de calcium est un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le diamètre moyen de CaC03 est de 1,7, um.
10. Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la cartouche filtrante : a une forme cylindrique propre à recevoir des recharges de CaCO3, sous forme de conditionnements, possède une gaine destinée à la maintenir en une position propre à sa destination, et comporte une vis sans fin pour faire varier son enfoncement dans le réacteur et avoir ainsi un rôle de régulateur de débit de poudre CaCO3.
Description:
Dispositif et procédé d'épuration des gaz d'échappement des moteurs à explosion Les problèmes de pollution se posent à un échelon mondial par leur répercussion sur le climat du globe.

C'est essentiellement dans les villes, où la circulation est congestionnée, que les niveaux de pollution d'origine automobile sont les plus élevés.

Ce qui explique que les gouvernements, dans plusieurs pays, aient déjà pris des mesures pour réduire la circulation des voitures réputées polluantes, en particulier les jours de grande pollution atmosphérique, ne laissant circuler que les voitures réputées non polluantes.

Et c'est pour obvier à cette restriction de la circulation qu'il a été imaginé un dispositif capable de rendre non polluants des véhicules touchés par cette restriction.

On sait que le carbonate de calcium (CaCO3) réagit avec : -le monoxyde de carbone : CO, -les oxydes d'azote : NOx, -et les oxydes métalliques qui, associés aux carburants imbrûlés, forment ce qu'il est coutume de désigner sous l'appellation HC.

Il est aussi rappelé présentement que ce sont ces oxydes (CO et NOx notamment), rejetés par les moteurs à explosion, qui contribuent à engendrer la pollution atmosphérique.

C'est ce qui a conduit l'inventeur des présentes à mettre au point un dispositif d'épuration des gaz d'échappement des moteurs à explosion sous forme d'un cylindre, comportant : 1. une chambre de compression des gaz, 2. une ou plusieurs cartouches filtrantes, chargées de CaCO3 en poudre ou en comprimés, 3. un filtre qui est un tamis ou une tôle perforée, laissant passer les gaz contenant en suspension du CaC03 pulvérisé, 4. une vanne d'épuration.

Ce cylindre est fixé sur le tuyau d'échappement.

Dans un premier mode de réalisation, ce cylindre est logé dans le pare-chocs arrière du véhicule aménagé à cette fin, soit à la construction du véhicule, soit une fois que le véhicule est devenu polluant. Ce premier mode de réalisation convient aux véhicules sans pot catalytique.

Dans un deuxième mode de réalisation, le cylindre est logé dans le tuyau d'échappement sortant du pot catalytique trois voies dont est équipé le véhicule.

L'invention fournit alors le procédé d'épuration consistant à faire passer les gaz d'échappement d'un moteur à explosion d'abord dans un pot catalytique trois voies, puis dans un réacteur cylindrique contenant de la poudre de carbonate de calcium (CaC03). Ce mode de réalisation est moins onéreux que le précédent.

Sauf accélération soudaine du moteur, la température des gaz d'échappement à l'extrémité du tuyau d'échappement est de 200 à 300 degrés.

Or, des analyses faites en laboratoires sur le carbonate de calcium (CaCO3) ont révélé qu'en présence de CO et de NOx, la réaction s'opère aux environs de 600°C ; mais cette température est toutefois fonction : -de la vitesse de chauffe, -de l'état de cristallisation du CaC03, -et de la masse de produit.

D'où l'idée : -d'abaisser la température de réaction précitée (600°) du CaC03 au moyen d'adjuvants tels que le chlorure de sodium NaCl ou le chlorure de calcium CaCl2 additionnés l'un ou l'autre, à raison de 1 à 2 %, -d'élever la température et la vitesse normales de chauffe du CaC03 au moyen d'une accélération du moteur, dès la mise en marche, et ce, pendant une dizaine de secondes, provoquant ainsi un"choc thermique", -de modifier l'état physique du CaCO3 en agissant . sur sa pureté (CaC03 pur à 99 %),

. en utilisant du CaC03 en comprimés réalisés à partir de poudre très fine, et/ou en le réduisant en poudre très fine d'un diamètre moyen de 1,7pm (coupe granulométrique de 8tm).

Par ailleurs, un catalyseur trois voies, pour tre opérant, doit atteindre, une température de 200 à 300°C, ce qui demande environ deux minutes après le démarrage du moteur.

Et pendant ces deux minutes, les statistiques indiquent que la pollution engendrée est de : -CO : 50% -NOx 50% -HC : 75% en prenant pour base une pollution totale engendrée pendant une course de treize minutes (durée moyenne statistique d'un trajet en ville).

On est donc nécessairement amené à envisager une seconde catalyse, venant compléter la première et dont le catalyseur serait opérant les deux premières minutes où le pot catalytique trois voies ne fonctionne pas encore.

C'est ainsi l'objet d'un second mode de réalisation de la présente invention.

En dehors des deux minutes d'amorçage, le carbonate de calcium pulvérisé pourra aussi, éventuellement, suppléer le pot catalytique atteint de l'un des mécanismes de désactivation classiques des pots catalytiques qui peuvent tre d'origine : -chimique : empoisonnements -mécanique : chocs thermiques, attrition -thermique : frittage, alliages, oxydations -ou bien dus à des réactions secondaires : encrassement par dépôt de carbone.

Les figures 1 à 3 correspondent au premier mode de réalisation et la figure 4 au second mode de réalisation.

-La figure 1 est une vue générale du réacteur cylindrique selon l'invention.

-La figure 2 est une vue de côté d'une cartouche filtrante selon l'invention.

-La figure 3 est une vue de la vanne d'évacuation du dispositif de la figure 1.

Schématiquement, sur la figure 1 on trouve : 1. Une chambre de compression constituée par un cylindre M L I H.

Elle est délimitée par : . Un fond MH où pénètre, toutefois, le tuyau G d'arrivée des gaz.

. Du côté opposé, en L I, par le filtre occupant toute la surface d'une section du cylindre.

. Et par la partie circulaire du cylindre.

2. Les cartouches filtrantes (ici au nombre de trois) : 1,2 et 3. Elles sont amovibles pour faciliter le nettoyage du cylindre. Elles peuvent n'tre qu'une seule.

La figure 2 représente une cartouche filtrante.

Son enveloppe extérieure, en métal, est soit un tamis (O) avec mailles de 2 à 3 mm de côté, soit une tôle perforée avec ouvertures circulaires de 3 mm de diamètre environ.

Un revtement N en tôle, qui peut tre un ressort circulaire, permet, en glissant sur le grillage, de limiter la surface sur laquelle agira le souffle des gaz. N joue le rôle d'un régulateur de débit de poudre CaC03.

Ces cartouches ont la forme d'un petit cylindre fermé par un bouchon P de façon qu'elles soient faciles à approvisionner par conditionnement sous forme de sachet en papier"sans cendres".

3. Le filtre L I occupe toute la surface de la circonférence du cylindre.

En métal, il est constitué soit d'un tamis (mailles 2 à 3 mm de côté), soit d'une tôle perforée (ouvertures circulaires de 2 à 3 mm de diamètre environ) ; la surface développée de toutes ces ouvertures doit tre supérieure ou au moins égale à la surface de la circonférence du tuyau G d'arrivée des gaz (ceci pour un bon fonctionnement du moteur).

Le filtre marque la séparation du cylindre M L I H d'avec le reste du cylindre L K J I prévu comme vanne d'épuration.

4. La vanne d'épuration est constituée, par conséquent, du cylindre L K J I venant s'emboîter dans le reste du cylindre M L I H.

Elle comporte le tuyau X assurant 1'expulsion des gaz résiduels.

La figure 3 la représente une fois déboîtée. Elle donne alors accès au cylindre M L I H et permet de le nettoyer et d'enlever les particules (suie) et sédiments déposés.

Le cylindre est revtu d'une enveloppe de nature à empcher les brûlures, qui, pour des raisons de coût de revient et d'esthétique dans les voitures de tourisme, est constitué par le pare-chocs arrière aménagé à cette fin.

Et alors : -ou bien le pare-chocs arrière comporte une trappe permettant à volonté de recouvrir ou découvrir entièrement le cylindre, -ou bien le pare-chocs se décompose en deux parties : . une partie fixée au châssis, sorte de lame déformable sur laquelle est fixé le cylindre, . une autre partie mobile, basculant sur la première pour dissimuler le cylindre au moyen de deux axes reliant les extrémités des deux parties.

FONCTIONNEMENT Les cartouches 1,2 et 3, sont remplies de carbonate de calcium CaCO3.

1 et 2 : de poudre très fine (coupe granulométrique 8pm diamètre moyen : 1,7um).

3 : de comprimés obtenus à l'aide de la mme poudre.

Bien entendu, le CaC03 a été préalablement additionné de NaCl à raison de 2 % ce qui conduit à approvisionner les cartouches à l'aide de conditionnements en sachet de papier"sans cendres", ceci pour simplifier les manipulations.

Les gaz d'échappement pénètrent dans le cylindre par le tuyau G et viennent lécher les cartouches 1,2 et 3. Leur souffle passe au travers des mailles du grillage ou de la tôle perforée de chaque cartouche. Le CaCo3 en poudre est pulsé au dehors

des cartouches et se mélange aux gaz à traiter d'autant plus intimement que le réacteur forme une chambre de compression.

A ce contact interne, les gaz toxiques réagissent avec CaCo3 et les gaz épurés résiduels sont rejetés dans l'air par le tuyau X après passage dans la vanne d'évacuation L I J K.

La figure 4 montre : 1. Un cylindre métallique M J H K dans lequel ont lieu les réactions chimiques conduisant à l'élimination des gaz toxiques, sorte de manchon dans lequel les gaz d'échappement arrivent en G et les gaz résiduels sont expulsés en X.

Ce réacteur est incorporé au tuyau d'échappement du véhicule, en aval du pot catalytique, c'est-à-dire entre ce dernier et la sortie des gaz dans l'air, car les gaz d'échappement sont purgés d'abord par le pot catalytique.

2. Une cartouche filtrante 4 comportant en tte une vis sans fin (A) et coiffée d'un bouchon P.

Cette cartouche est introduite dans une gaine C en métal dont le rôle est double : . Maintenir la cartouche en position verticale et perpendiculaire à la direction du fluide des gaz d'échappement.

. Servir de régulateur à l'intensité des grains de poudre pulsés par les gaz. A cette fin, elle possède intérieurement une vis sans fin s'adaptant à celle (A) de la cartouche.

Cette gaine est solidaire du réacteur sur lequel elle est fixée. Elle occupe 1'espace Q T S F en pénétrant dans le réacteur en Z D.

A l'intérieur de cette gaine, la cartouche occupe 1'espace E B U V N O étant précisé que : . la partie de la cartouche E B N O est un cylindre métallique auquel est jointe une partie grillagée B U V N (mailles de 2 à 3 mm de côté).

3. un filtre séparateur (L I) en tamis (mailles de 2 à 3 mm de côté) ou en tôle perforée (ouvertures de 2 à 3 mm de diamètre occupe toute la surface de la coupe du cylindre en L I.

4. Une chambre de compression des gaz occupe tout le volume M L I H.

La partie L K J I peut tre amovible et constitue une vanne d'épuration pour enlever la suie et les sédiments déposés.

FONCTIONNEMENT Les gaz d'échappement sont épurés 2 fois : -d'abord par le pot catalytique trois voies, -ensuite par le réacteur fonctionnant au CaC03 pulvérisé.

Le pot catalytique et le réacteur fonctionnent simultanément et sont complémentaires.

La cartouche filtrante est garnie d'un conditionnement contenant la poudre de CaC03 additionnée d'un adjuvant (sel) destiné à abaisser la température de dissociation.

Il est à noter que cette poudre de CaCO3 employée est très fine : diamètre moyen des grains : 1,711m.

Le fonctionnement du dispositif est similaire à celui décrit pour le premier mode de réalisation.