Comment éliminer les particules fines des gaz d'échappement
nouveauté 2019
Vers un rejet zéro particule
moteurs essence et diesel
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diesel
diesel particles


Le Principe:
Dans les gaz d'échappement 
d'un moteur diesel ou essence, 
de nombreuses particules (1)  
sont rejetées.
Dans un filtre à particules
efficace (2), plus de 99%
de ces particules sont
éliminées.
Mais les particules (3)
qui passent le FAP
sont de petites
particules
(particules fines
à nanoparticules)
très dangereuses pour
notre santé.
Ce nouveau dispositif
humide (4) retient les
petites particules.
Dans le but d'un rejet
Zéro particule en
sortie d'échappement (5).
particules


particules Le nouveau dispositif est donc installé à la suite du filtre à particules (FAP) pour retenir les dernières particules.

Le boîtier (1) comporte une entrée (2) et une sortie (3) des gaz d'échappement et une forme particulière imposant aux gaz d'échappement qui le traversent, un parcours obligé (4) qui met en contact les gaz et les particules qu'ils contiennent avec le maximum possible de surfaces dans le boîtier.

Ces surfaces (10) sont couvertes d'un liquide sur lequel les particules restent collées et sont regroupées par le déplacement voulu du liquide dont une réserve (5) est située en partie basse du boîtier (1).

Ce déplacement du liquide est actionné par la gravité et par une pompe électrique (6) qui remonte le liquide qui est dirigé vers les parois du boîtier par des sorties appropriées telles que (8).

Les gaz (9) débarrassés en tout ou partie des particules s'échappent en direction de la sortie d'échappement (3).


Le liquide choisi est l' huile de ricin  qui possède des particularités très utiles dans cette utilisation:
- elle est très mouillante,
- elle résiste à de hautes températures,
- elle est difficilement miscible avec l'eau,
- c'est une huile végétale biodégradable, écologique et renouvelable.
D'autres liquides peuvent aussi convenir.

La norme européenne impose un maximum de particules rejetées de 4,5 mg par kilomètre parcouru par une automobile.
Ce qui correspond à 4,5 grammes pour mille kilomètres parcourus
et   450 grammes de particules pour 100.000 km parcourus.
Le poids de ces particules stockées n'influencera pas la marche du véhicule.


Concernant un moteur à essence, l'huile est périodiquement vidangée et recyclée, comme pour les vidanges d'huile du moteur.

Concernant un moteur diesel, après avoir retiré suffisamment de particules, l'huile de ricin peut être vidangée du dispositif et mélangée à du gazole comme apport d'une partie d'huile végétale dans le carburant du moteur, et donc les particules sont ensuite brûlées dans ce moteur.
Cette opération peut aussi se faire automatiquement par périodes à condition de disposer d'un petit réservoir d'huile embarqué,
d'un filtre à carburant adapté et d'injecteurs qui le permettent.


particules




Dans une variante,

le boîtier comporte des pales (15) entraînées en rotation par un moteur électrique ce qui augmente encore plus les contacts entre chaque pale et les gaz.

D'autre part le liquide est projeté en plus grand volume de chaque pale vers les parois du boîtier ce qui facilite l'éjection des particules capturées vers les parois et vers le bas.

L'apport du liquide se fait d'une part sur les parois du boîtier et d'autre part sur les pales comme en (16).

particules fines Montage en fin de ligne d'échappement:

Le moteur (1) est équipé d'une entrée d'air (2), d'une sortie d'échappement (3), d'un pot catalytique (4), d'un filtre à particules (5).

Les gaz sont ensuite refroidis dans le pot de détente (6).

Le dispositif de dépollution finale (7) précède la sortie d'échappement rejetant des gaz dépollués (8).

Turbo, vanne EGR, sondes ... ne sont pas représentés.

Dans cette configuration, le dispositif (7) agit aussi comme un silencieux.

Concernant les particules, on peut se rapprocher d'une dépollution totale des gaz d'échappement ce qui est un progrès écologique.

D'autre part les véhicules ayant un dispositif initial de dépollution insuffisant peuvent entrer dans les normes grâce à une dépollution complémentaire par le nouveau dispositif.

En équipant ses véhicules d'un tel dispositif, le constructeur pourra se prévaloir de diminuer les risques de déclenchement de  l'asthme,  d'allergies  et de certains  cancers  dont les particules fines jouent un rôle de cofacteur.



particules Autre variante du dispositif

Le boîtier comporte au moins une chicane (11) qui augment la longueur du parcours des gaz et la surface de contact avec les parois et les surfaces du boîtier.

Au moins un gicleur (12) permet de répartir le liquide sur les surfaces de contact.

Plusieurs gicleurs peuvent être associés comme (13).

particule Autre variante dans le même esprit que la variante à pales tournantes à axe vertical mais ici avec un axe horizontal.

Au moins une des pales peut entrer dans le liquide (barbotage).

C'est le moteur électrique (M) qui entraîne les pales en rotation.
Dans une autre variante, les gaz sont contraints à traverser le liquide au moins une fois comme en (18).

Une partie de leur parcours final dans le boîtier, comme en (19), facilite la séparation des gaz et du liquide, qui reste dans le boîtier.
Le parcours obligé des gaz passe à travers au moins une grille perforée (20) sur laquelle circule le liquide ou qui est plongée dans le liquide. Les gaz qui circulent à travers les perforations sont plus facilement en contact avec le liquide.
particules fines Dans une autre variante, le liquide, qui peut être sous forme de gel ou de colle et disposé sur un support (26) enroulé dans une cassette comportant deux rouleaux (23) et (29).
Les deux rouleaux sont entraînés en rotation lente par un moteur électrique et entraînent le support dans le sens de leur rotation lorsque le moteur à combustion interne est en fonctionnement et produit des gaz d'échappement.
Un des rouleaux comporte le support enduit du liquide et se dévide offrant la surface du support, qui peut être une toile ou un papier, au contact des particules pendant que l'autre rouleau enroule le même support à une vitesse compatible avec le déroulement du premier rouleau pour que le support reste suffisamment tendu.
Ici aussi les formes du boîtier comme (25) contraignent les gaz à un parcours obligé comme en (21), (22) et (24) qui les fait entrer en contact avec le support.
Lorsque le support est sous le point d'être complètement déroulé, un indicateur prévient le conducteur du véhicule que la cassette doit être remplacée par une cassette vierge de particules.
Dans cette variante le compartiment (28) ne nécessite pas la présence du liquide.
L'entraînement n'est pas représenté.


Dans une autre variante, les deux rouleaux (30) et (31) sont reliés en rotation par un support continu (32) qui est en contact permanent avec le liquide dans le compartiment (33).
Ainsi, au fur et à mesure de son passage en rotation autour des rouleaux, le support continu (32) collecte des particules lorsqu'il est en contact avec les gaz d'échappement et les cède au liquide lorsqu'il baigne dans le liquide dans sa position inférieure du compartiment (33).
Il régénère ainsi sa surface pour être efficace de façon optimale dans la phase du passage des gaz sur sa surface. Ici aussi les formes comme (34) du boîtier contraignent les gaz à venir en contact avec le support continu (32) comme en (35) pour une meilleure efficacité.
La disposition de circulation du support continu fait qu'on n'est pas obligé dans cette variante de remplacer le support continu mais il sera préférable de vidanger périodiquement le liquide.

Les différentes variantes peuvent être combinées entre elles.


nanoparticules Exemple de combinaison: Le passage à travers le liquide freine le passage des gaz mais les pales compensent en l'accélérant.

Le passage des gaz d'échappement peut même être accéléré, par exemple, pour compenser d'autres freins le long de tout le tuyau d'échappement.

Dans le cas du diesel, en intégrant au véhicule un réservoir de liquide suffisamment grand (environ 20 litres) on pourrait envisager de remplacer le FAP "traditionnel" par ce nouveau type de filtre humide avec une intégration continue ou séquentielle de l'huile au carburant au fur et à mesure qu'elle se charge en particules. Et un remplissage du réservoir de liquide, par exemple, tous les 10 pleins de carburant.
Une jauge et un voyant de niveau bas installés sur le tableau de bord avec une limitation importante de la vitesse du véhicule (mode dégradé) si ce réservoir est vide.
Ainsi, il serait possible d'utiliser un véhicule à moteur diesel en ville sans émettre de particules, ni des particules fines ni des nanoparticules, et même d'effectuer des petits trajets sans risquer de boucher le filtre à particules avec ce type d'usage même fréquent.
Sans les émissions de benzène, contenu dans l'essence, comme additif. Le gazole n'en contient pas.


Ce nouveau filtre n'est pas un obstacle pour un véhicule hybride, il l'aide à rouler encore plus propre.

Ce dispositif n'est pas encore commercialisé
Possibilités de licences ou de cession de brevet d'invention pour un fabricant

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Liens:
-   Étude de l'exposition en hydrocarbures (type BTEX) lors du remplissage du réservoir d'un véhicule
-   Ministère du Travail: Benzène