APPAREIL A PREFILTRE ACTIF POUR COMBURANT FLUIDE POUR TOUT TYPE DE COMBUSTION ET DISPOSITIF UTILISANT UN CARBURANT.

L’invention concerne un dispositif de prétraitement de comburant en amont à son injection dans l’admission d'un appareil à combustion interne. Elle concerne également un véhicule équipé d’un tel dispositif ainsi que les chaudières à combustion interne pourvues d'un acheminement du comburant au filtre à air propre au moteur et à la chaudière et ou foyer. Ce dispositif est utilisable avec tout type de moteur thermique, également dénommé moteur à combustion interne ainsi que les chaudières à combustion interne.

Un moteur et une chaudière à combustion interne utilisent la réaction d’un carburant et d’un comburant, ce dernier étant généralement l’oxygène de l’air et un certain taux d'hygrométrie, pour transformer l’énergie thermique produite par la réaction de combustion en un travail mécanique ou une fabrication d'énergie. Par carburant, on désigne ici un carburant dérivé de produits pétroliers, par exemple l’essence, de l’essence sans plomb, du gas-oil ou un carburant appartenant à la catégorie des bio-carburants ou de bio masse, par exemple une huile végétale ou un alcool ou un bois dit bio masse. Par comburant on entend une substance qui a pour propriété de permettre la combustion d'un combustible.

Dans les moteurs et chaudières à combustion interne, l’énergie thermique est fournie par la combustion d’un carburant sous forme liquide ou solide en présence d’un comburant gazeux, l’oxygène de l’air. Le gaz issu de cette combustion est utilisé, lors d’une phase d’expansion, pour mettre un mouvement des pièces mécaniques situées, par exemple, dans un véhicule, une pompe, un compresseur ou dans d’autres appareils produisant un mouvement et de l'énergie en règle générale. Dans une chaudière la combustion sert à la production d'énergie thermique qui peut-être aussi transformée en d'autre énergie (électrique par exemple). Les produits, sous forme gazeuse, issue de la combustion, sont rejetés à l’extérieur du moteur sur la voie publique en général. Du fait des normes anti-pollution en vigueur et de la raréfaction des produits pétroliers, il est intéressant de limiter les rejets gazeux issus de la combustion dans de tels moteurs tout en améliorant le rendement par la qualité de la combustion et la consommation en carburant de ces moteurs et chaudières.

Avec une combustion améliorée, donc plus complète, on obtient moins de particules imbrûlées, potentiellement polluantes, dans les gaz d’échappement en sortie de moteur et chaudière tout en ayant à puissance égale fournie par le moteur, une consommation moindre en carburant. En effet, il est admis que, dans les gaz d’échappement, la proportion de carburant non brûlé est généralement comprise entre 0.2 % et 2 % du volume de carburant injecté dans le moteur. Par ailleurs, une partie de l’énergie thermique dégagée lors de la combustion est utilisée pour amener en température le carburant et le comburant. Avec une combustion plus complète, on optimise le rendement du moteur on baisse la consommation de carburant et on diminue la pollution du comburant, c'est-à-dire de l’air. Pour cela, il est connu de faire circuler dans le moteur, au moins partiellement, les gaz d’échappement en les redirigeant vers le système d’admission en air du moteur. Cette partie des gaz d’échappement également connue sous le nom de « gaz RGE» se mélange ainsi à l’air extérieur entrant dans le moteur au niveau de l’admission ce qui assure une combustion de certaines des particules imbrûlées présentes dans les gaz d’échappement. On améliore ainsi le rendement de combustion interne du moteur, la consommation en carburant et on diminue la pollution émise par le moteur et la chaudière sur le comburant (l’air). P est également connu que le comburant est l’élément le plus consommé lors de la combustion par un moteur à combustion interne que ce soit en masse ou en volume. Ainsi, les différents rapports stœchiométriques connus étant : pour le diesel 1 gramme de gas-oil nécessite au moins 15 grammes d’air. Pour l’essence 1 gramme de carburant nécessite environ 17 grammes d’air. Pour l’éthanol : 1 gramme de carburant nécessite environ 9 grammes d’air.

Il est d’autre part connu que le carburant raffiné peut augmenter le rendement d’un moteur à combustion interne. Il est également connu d’injecter de l’eau dans le mélange air et gaz d’échappement. On abaisse ainsi la température de combustion du mélange carburant/comburant et on limite l’émission de certains polluants, notamment les NOx ou oxydes d’azote tels que le NO (oxyde d’azote) ou le N02 (dioxyde d’azote). Ces polluants se combinent à l’eau pour former certains composés, tel que l’acide nitrique. L’apport d’eau en diminuant la température de la combustion, préserve les composants du moteur, en évitant une surchauffe de ce dernier, tout en limitant les besoins en énergie thermique nécessaire pour amener à température de combustion le mélange carburant/comburant.

La demande internationale W02012080511 Al décrit un dispositif permettant à la fois la recirculation de gaz et une injection de ce gaz humide dans une chambre en forme de S semi rigide. La demande de brevet FR2783605-A divulgue un procédé comprenant l'étape de placer une substance 1 dans une zone 2, 3 soumise à un champ d'excitation spécifique de nature électrique, magnétique et/ ou électromagnétique. La demande de brevet FR 2895461-A décrit un dispositif permettant à la fois la recirculation des gaz d’échappement et l’injection d’eau dans le circuit d’admission d’air d’un moteur. Dans ce dispositif, les conduites de recirculation des gaz et d’eau sont concentriques et plusieurs conduits d’eau sont insérés dans une conduite de gaz. Le prélèvement des gaz de combustion s’effectue sur l’échappement, par exemple par l’intermédiaire d’une vanne. L’eau et le gaz mélangés sont réinjectés au niveau du dispositif d’admission d’air du moteur. La demande de brevet FR 2926606-A décrit également un dispositif où les gaz d’échappement sont mélangés à de l’eau préalablement à leur injection dans le circuit d’admission du moteur. Ce dispositif comporte des moyens d’émission de champs électromagnétiques agissant sur le mélange gaz/eau, préalablement à son admission dans le moteur. Ces dispositifs sont encombrants et ne peuvent pas être aisément montés sur tout type de moteur. Par ailleurs ces dispositifs n’assurent pas une homogénéisation optimale du mélange eau et gaz d’échappement avant son injection dans le circuit d’admission du moteur.

Compte tenu des inconvenant de l’art antérieur, la présente invention a pour but de proposer un dispositif de prétraitement de comburant d’un moteur, ledit dispositif étant peu encombrant, facile à installer, et permettant d’optimiser la consommation de combustible d’un moteur.

A cet effet, l’invention propose un dispositif de prétraitement d’air pour moteur ou chaudière comportant une chambre comportant un conduit intégrant des organes de traitement noyés dans un réseau des fibres magnétiques ou ferromagnétiques, lesdits organes de traitement comprenant :

-un axe central et longitudinal en matériau magnétique ou ferromagnétique pourvu des éléments magnétiques, caractérisé en ce que :

- lesdits éléments magnétiques sont disposés le long de l’axe central en opposition de champ et en alternance avec des éléments céramiques.

Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l’invention, le dispositif peut incorporer une ou plusieurs caractéristiques suivantes, dans toute combinaison techniquement opérable : - Le conduit est défini par un conduit métallique comportant une gaine intérieure en matériau amagnétique, tel qu’une tresse inox pourvue d’une durite souple ;

- L’axe central est composé d’une âme ferromagnétique, tel qu’un câble toron en acier.

- L’axe central est composé d’une âme magnétique définie par une tresse métallique magnétique permettant de concevoir une chambre pour des grands volumes d’air.

- Les éléments magnétiques sont disposés dans ladite chambre pour agir sur un ensemble des matériaux ferromagnétiques ou magnétiques du dispositif.

- La chambre comporte des connexions d’entrée et de sortie, et dans lequel un diamètre du conduit de la chambre est supérieur à un diamètre des connexions d’entrée et de sortie créant ainsi une chambre de tranquillisation du flux d’air, optimisant le comburant.

- Le dispositif comporte également un conduit d’admission d’air relié d’une part à un organe de collecte d’air et d’autre part à une entrée de la chambre de , et un conduit de sortie d’air relié d’une part à une sortie de la chambre et d’autre part destiné à être relié à un moteur. Ces éléments permettent un positionnement aisé selon la place disponible au niveau du collecteur primaire d'air, tout en facilitant la maintenance et le changement de ces différents organes.

L'invention concerne aussi un moteur et une chaudière équipée d'un dispositif conforme à l'une des caractéristiques précédentes.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'un dispositif conformes à l'invention, donnés uniquement à titre d'exemples et en se référant aux dessins annexés dans lesquels :

La figure 1 est une représentation schématique d’un dispositif selon l’invention comportant des éléments de liaison et des organes d’admission et de sortie.

La figure 2 est une représentation schématique d’une section longitudinale de la chambre de traitement selon un premier mode de réalisation du dispositif de l’invention.

La figure 3 est une coupe de la fig. 2 selon la ligne V-V.

La figure 4 est une coupe de la fig. 2 selon la ligne VI- VI.

La figure 5 est une représentation schématique d’une section longitudinale de la chambre de formatage selon un premier mode de réalisation du dispositif de l’invention.

La figure 6 est une coupe de la figure 5 selon la ligne VII- VII.

La figure 7 est une coupe de la figure 5 selon la ligne VIII- VIII.

La présente invention propose un dispositif de prétraitement d’air permettant de réduire la consommation de combustible d’un moteur ou d’une chaudière en optimisant les caractéristiques de son comburant, c'est-à-dire de l’air ambiant et son taux d’hygrométrie. Le dispositif de l’invention permet également de filtrer les particules en suspension et diminuer les émissions polluantes d’un moteur à combustion. De manière empirique, le dispositif de l’invention permet de réduire la consommation de combustible d’environ 22 %, de diminuer d’au moins 20% les émissions polluantes et de réduire la nuisance sonore des moteurs de 3 et jusqu’à 8 décibels.

À cette fin le dispositif comporte une chambre 5 de traitement d’air dite aussi de formatage et destinée à recevoir du comburant en amont à son injection au moteur. La figure 1 illustre une représentation de la chambre de traitement et des accessoires d’installation et éventuellement de filtration dont un premier organe 2 de collecte de l'air. Cet organe 2, schématiquement illustré, a une forme et des dimensions adaptées à la sortie d'un conduit avec un filtre simple, par exemple un moteur équipant un véhicule automoteur ou une chaudière. Par véhicule automoteur on désigne ici aussi bien une voiture qu'un camion, une moto, un scooter, un engin agricole, un engin de chantier ou un bateau. Par chaudière on entend tout type de foyer à combustion de gaz bio masse ou produit dérivé de produit pétrolier. Avantageusement, l'organe 2 est réalisé en un matériau métallique inaltérable, par exemple en acier inoxydable et est adapté pour collecter l'air. Pour cela, l'organe 2 est avantageusement positionné dans le sens commun de circulation en marche avant du véhicule. Le maintien d’un tel organe en cette position est réalisé par des moyens connus en soi, par exemple avec des colliers permettant d’éviter toute vibration du dispositif. L'organe 2 est par exemple une canule ou un tube métallique souple tresse aviation inox ou rigide, en acier inoxydable amagnétique.

L'organe 2 permet de prélever une partie de l'air et la vapeur d’air dans l’environnement proche du dispositif. De préférence, l’organe 2 est muni d'un filtre simple en calandre par exemple du véhicule ou dans l’environnement du foyer. La quantité de gaz et d'air prélevée est fonction de la quantité de la dépression d'air d'admission demandé par le moteur 20, c’est-à-dire du travail demandé au moteur ou par une chaudière. L'organe 2 est dans ce mode de réalisation relié par un tuyau 3, schématiquement illustré a la Fig.l, à l'organe 2. Le tuyau 3 est réalisé dans un matériau insensible aux conditions environnementales et résistant à la chaleur ; il s'agit par exemple, d'un tuyau 3 métallique souple ou rigide, en acier inoxydable, dont les dimensions et l'encombrement sont adaptés aux conditions de montage du dispositif dans l’environnement du moteur ou d’une chaudière et son circuit d’admission d’air.

Une extrémité 1 d’entrée d’air, se trouvant dans le sens de la marche ou dans l’environnement du tuyau 3, est fixée à la sortie de l'organe 2 et l'autre extrémité est fixée sur une connexion d’entrée 4 de la chambre de formatage 5. Une canule 7 de transfert est reliée à une connexion de sortie 6 de la chambre de formatage. Avantageusement le montage du tuyau 3 est effectué de manière amovible, par exemple par des bagues filetées, sur la canule 7 et sur la sortie de l’organe 2.

Selon la présente invention, la chambre 5 de traitement d’air (figures 2 et 5) est définie par un conduit 55 comportant des organes de traitement noyés dans un réseau des fibres 52 magnétiques ou ferromagnétiques. En particulier, les organes de traitement, dits aussi d’homogénéisation comprennent un axe central 51 et longitudinal en matériau magnétique ou ferromagnétique, et étant pourvu des éléments magnétiques 53. Avantageusement, lesdits éléments magnétiques sont disposés le long de l’axe central 51 en opposition de champ et en alternance avec des éléments céramiques 52. Il est ainsi possible d’optimiser le comburant d’un moteur, c’est-à-dire l’air ambiant traversant la chambre avec une fréquence et champ coercitif induit par les éléments magnétiques, ainsi que de concentrer les molécules d’eau au niveau des éléments céramiques. De plus, l’intégration des éléments céramiques à l’intérieur de la chambre 5 de traitement d’air permet de diminuer le nombre d’éléments nécessaires pour optimiser le comburant, en éliminant le besoin d’un dispositif d’injection d’eau. Il est ainsi également facilité l’installation de la chambre, requérant uniquement des connexions simples pour être relié au moteur.

En effet, les demandeurs ont observé que l’intégration des éléments céramiques alternés avec les éléments magnétiques dans la chambre de traitement d’air permet d’optimiser l’utilisation de la vapeur d’eau présente dans l’air lors de la combustion. Il est donc possible d’optimiser la combustion d’un moteur sans besoin d’une injection supplémentaire d’eau. Il n’est actuellement pas compris le mécanisme d’action de cette amélioration, toutefois les résultats sont nets quant à l’amélioration de la combustion, et la réduction du besoin en combustible de jusqu’à 22%. Cette composition alternée de céramiques semblerait capter la vapeur d’eau, et modifier le flux et la concentration de cette vapeur d’eau traversant la chambre de traitement. Il semblerait que l’induction d’un champ magnétique sur les molécules d’eau soit également optimisée par la présence de céramiques alternées. Dans un mode de réalisation, les éléments céramiques sont choisis parmi des perles céramiques typiquement utilisées dans le traitement d’eau potable, par exemple des céramiques produites à partir d’argile fermentée avec des micro-organismes efficaces en anaérobie, mises en forme de cylindres creux et suivant une cuisson à 1200-1300°C en atmosphère réductrice. Dans un autre mode de réalisation, les céramiques sont choisies parmi des perles en céramique d’isolation de câbles électriques produites par exemple à partir de stéatite.

Selon un mode de réalisation illustré à la figure 2, la chambre 5 est configurée comme une tresse inox pourvue d'un blindage amagnétique propre à équilibrer la pression dans la chambre. Elle est située à proximité de l'admission 20, le tuyau 3 étant alors d'une longueur minimale à être libre à l'acquisition d’air. Dans un autre mode de réalisation, la distance entre les deux points de connexions chambre 2 ,4 est fonction des conditions de montage du dispositif et de la place disponible au voisinage du moteur. La chambre 4 est également distante de l'organe 2. La chambre de formatage comprend une gaine intérieure 54 en matériau amagnétique, tel qu’une durite souple 54.

La chambre 5 de traitement d’air est également adaptée pour permettre la filtration de certaines particules les plus fines pouvant passer dans le circuit d'admission d'air avant le filtre à air du moteur, et de leur combustion. L'organe 52 comprend un réseau de fibres 52 appliqué sous forme de ruban ferromagnétique et est composé d'une âme ferromagnétique.

Le passage permet de formater l’air avant son admission dans le filtre à air propre au moteur. La chambre de formatage 5 est flexible et elle à une forme globale de tube non exhaustive. Une telle forme flexible permet de la positionner dans le compartiment moteur contre un élément situé au voisinage du moteur, afin de faciliter la fixation du dispositif tout en minimisant l'encombrement de l'ensemble du dispositif. La fixation de la chambre de formatage 5 est facilitée par une flexibilité due à sa composition. Cette chambre est par exemple une durite flexible inox, un produit industriel connu.

La chambre 5 comporte une forme tubulaire (non exhaustive) et flexible, de manière à définir un parcours en ligne d’air à l’intérieur de la chambre de formatage 5, entre l'entrée 4 et la sortie de la chambre 6. Il est à noter qu'à l’installation, la chambre 5 n'a pas de sens d'installation. En variante, l'admission du comburant formaté est effectuée directement dans le tuyau de collecte de l'admission avant le filtre à air du moteur et sans passer par une canule de transfert.

Comme illustrée à la fig.2, des organes 51 52 53 et 56 sont insérés en position centrale dans la chambre 5 et comportent :

-un axe central 51 en matériau ferromagnétique tel qu’un câble toron en acier ;

-un réseau des fibres 52 magnétiques ou amagnétiques hydrofuges tel qu’un ruban textile ferreux guipant et hydrofuge, par exemple une laine inox ;

-des éléments magnétiques 53 tel que des aimants en forme d’anneau montés sur ledit axe central 51

-des éléments céramiques 56 montés sur l’axe central de manière alternée avec les éléments magnétiques.

De manière alternative, l’axe central 51 peut être réalisé au moyen d’une tresse textile en matériau ferromagnétique, tel qu’une tresse inox. Eventuellement, l’axe central peut-être décalé vers l’un des parois du conduit et avoir une forme rectiligne ou non rectiligne. Les organes de traitement assurent une optimisation de la qualité de l’air sur la totalité du parcours de ce dernier entre l'entrée 4 et la sortie 6 de la chambre 5. Ces organes agissent également comme un organe de filtration du mélange et de forçage par effet de friction et de magnétisation dit effet de formatage. Ainsi on réalise un écoulement turbulent de l’air en raison de la présence des obstacles à l’intérieur de la chambre, notamment les organes d’homogénéisation 51, 52, 53, 56. On assure également une filtration du mélange en retenant certaines particules selon leurs tailles grâce au réseau de fibres 52.

Par ailleurs, la présence d'un champ magnétique par les éléments magnétiques 53 (éléments magnétiques néodymes ou ferrites en oppositions de champs repartis de façon définie) influe sur l'orientation des constituants du mélange lors de leur passage dans la chambre de formatage 5. Par la présence d'un champ magnétique, on limite le risque que des particules se collent sur les parois de la chambre 5 ce qui pourrait entraîner une diminution du volume utile de la chambre, voire un colmatage de celle-ci.

Dans un autre mode d’installation du dispositif la canule 2 alimente la chambre 5. L'alimentation en air se fait alors par la canule 2. Cette canule 2 peut être insérée à l'avant du véhicule sur la calandre pour la collecte de l'air. Elle peut être pourvue d'un filtre à air propre à cette canule afin de préfiltrer le comburant. Cette autre mode de réalisation permet une installation dans l'environnement direct du moteur et ainsi la chambre de formatage 5 par sa forme avantageuse se place dans l’environnement du moteur.

Un tel dispositif est relativement simple à mettre en œuvre et le montage est aisé sur tout type de moteur en particulier lorsque ceux-ci équipent un véhicule, puisqu'il ne nécessite pas de transformation particulière du véhicule, la terminaison du circuit étant avant ou dans le filtre à air. Le dispositif est monté à l’intérieur ou devant le filtre à air et en périphérie du moteur du véhicule moto génératrice son encombrement est minimal et il est fixé de manière amovible sur le véhicule puisqu'il ne nécessite pas de transformation particulière de véhicule. Ce montage a pour objet de soumettre l'ensemble a la dépression phénomène connu du fonctionnement d'un moteur et d'une chaudière sur l'acquisition du comburant de l'air et du taux d’hygrométrie sous une atmosphère.

Par ailleurs les éléments du dispositif peuvent être positionnés selon des angles différents, l'alimentation étant optimale quelle que soit la position de la chambre de formatage 5 par rapport à l'horizontale. En variante, la chambre 5 est réalisée en chambres multiples, Par exemple, la chambre est composée de plusieurs chambres pour traiter une plus grande quantité d'air et avoir un parcours en zigzag de longueur variable. L’invention propose également un véhicule équipé d’un tel dispositif ainsi que les chaudières à combustion interne pourvues d'un acheminement de comburant au filtre à air propre au moteur et à la chaudière et ou foyer.

Ce dispositif est utilisable avec tout type de moteur thermique, également dénommé moteur à combustion interne ainsi que les chaudières à combustion internes.