Comment marchent un réacteur thermique et un pot d'échappement à
catalyseur
Les moteurs à combustion interne produisent un certain nombre de gaz plus ou moins nocifs pour les êtres vivants et
l'environnement.
De l'azote (N2) - (78% de l'air est composé d'azote).
Une grande partie se retrouve à l'échappement et retourne d'où il vient.
Du dioxyde de carbone (CO2) - C'est le produit de la combustion du carbone contenu dans l'essence avec l'oxygène de l'air.
Ce gaz contribue à l'effet de serre.
De la vapeur d'eau (H2O) - C'est le produit de la combustion de l'hydrogène contenu dans l'essence
avec l'oxygène de l'air. Ce gaz est sans effet nocif, forcément c'est de l'eau !!!
De l'oxyde de carbone (CO) - Gaz sans odeur, mortel car il se fixe sur les globules rouges
du sang et empèche celles-ci de remplir leur fonction.
Des hydrocarbures non brûlés qui seront décomposés par les rayons du soleil pour former
des oxydes d'azote ou de l'ozone (O3).
Compte tenu de la forme allongée de la chambre de combustion et de la difficulté à allumer convenablement le mélange,
ce malgré les deux bougies, les gaz d'échappement des moteurs rotatifs contiennent
une part importante d'hydrocarbures non brûlés.
Des oxydes d'azote (NO et NO2, appelé aussi NOx) qui se transformeront en ozone.
Les moteurs fortement compressés (comme les Diesels) en produisent beaucoup.
Le moteur Wankel en produit peu en raison de son faible taux de compression.
Pour éliminer toutes ces cochonneries, il est indispensable de prévoir un dispositif
recombinant ces gaz ou les transformant en un gaz le moins nocif possible...
Mazda a utilisé deux techniques.
Le réacteur thermique a vu le jour sur les premiers moteurs Wankel.
C'est un système rustique qui consiste à brûler dans une "marmite" tous les résidus de combustion.
Les premières RX7 en sont équipées.
Pour ce faire les gaz sont brassés dans cette enceinte en présence d'air.
Les hydrocarbures qui se trouvent dans les gaz d'échappement sont transformés en CO2.
Pour faciliter la combustion, le moteur est réglé "riche", ce qui n'arrange pas la consommation. |
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Pour faciliter la combustion, une pompe à air injecte de l'air préchauffé à l'aide d'un
échangeur thermique et d'une enveloppe autour de la tubulure d'échappement. |
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La
pompe à air fait circuler de l'air admis à travers le filtre à air autour de l'échangeur
thermique. Cette photo montre l'arrivée d'air frais (à gauche) et la double paroi de l'échangeur. |
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Cet air réchauffé circule ensuite dans la double paroi qui entoure la tubulure
et est ensuite introduit dans le réacteur (tube isolé avec un tissu isolant).
La combustion dans la marmite permet de débarrasser les gaz d'échappement des hydrocarbures.
Cette photo montre tout le matériel. La pompe à air est au millieu. |
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La même pompe à air fait circuler de l'air autour du réacteur pour le refroidir.
Cet air est évacué à l'arrière de l'auto par une tubulure ad hoc, à côté
du silencieux. Le dessin ci dessous vous donnera une explication plus précise de "l'usine à gaz".
Ce système est assez efficace avec des inconvénients: c'est très lourd.
Le brassage des gaz (voyez la forme des diffuseurs) absorbe de la puissance (environ 10%).
Pour que cela marche il faut un mélange riche, donc la consommation en prend un coup.
Quand l'étanchéité du moteur devient défaillante, il y de plus en plus d'hydrocarbures
et la chaleur dégagée dans le réacteur est telle que ce dernier peut être détérioré.
Si sur votre auto, il sort des gaz d'échappement par le petit tube qui se trouve sur le côté du silencieux...
Ne cherchez plus le réacteur est mort.
Le pot catalytique est une autre solution plus sophistiquée.
Pour obtenir une combustion complète du mélange air / essence, le rapport doit être
tenu aussi proche que possible du point idéal dit stœchiométrique (dénommé rapport Lambda) qui correspond à un
rapport air / essence de 14.7:1, dans ce cas, tout l'oxygène de l'air est combiné avec le carburant dans la combustion.
Le pot catalytique effectue la réduction ou l'oxydation des gaz d'échappement.
Les pots catalytique sont dit à trois voies car ils sont chargés d'éliminer les imbrûlés, les NOx et le monoxyde de carbone.
Ils font appel à des céramiques revêtues de métaux rares (platine, rhodium et / ou palladium).
Cette céramique se présente sous la forme d'un tube avec de multiples conduits pour offrir la plus grande surface de
contact avec les gaz.
La réduction catalytique est chargée de transformer les NOx en azote et oxygène.: 2NO => N2 + O2 ou 2NO2 => N2 + 2O2
L'oxydation catalytique s'occupe du CO et des hydrocarbures imbrûlés: 2CO + O2 => 2CO2
Les imbrûlés sont mis en combustion dans le pot catalytique et forment du CO2.
Pour obtenir un fonctionnement convenable il est nécessaire d'utiliser un dispositif d'injection et un calculateur qui,
associé à des capteurs effectuera le bon mélange.
Ces capteurs vont prendre en compte l'ouverture du papillon, la température extérieure et du moteur, la proportion
d'oxygène dans les gaz (c'est la fameuse sonde Lambda), il ne manque plus que l'âge du conducteur.
Par rapport au réacteur thermique, ce système permet de fonctionner avec un mélange plus pauvre et la consommation
se trouve réduite. Il a aussi l'avantage de prendre en compte les NOx et le CO.
Une voiture équipé d'un pot catalytique ne rejette donc que du CO2 (effet de serre), de l'oxygène et de l'azote et bien
entendu de la vapeur d'eau.
Ce système est le plus efficace avec quelques inconvénients:
c'est une usine à gaz qui nécessite une injection électronqiue et ses sondes pour garantir l'exactitude du rapport Lamba
ça bride le moteur (mais moins que le réacteur).
Aux USA, à partir des année 80, les RX7 ont reçu un pot catalytique. Mazda annonçait une réduction de la consommation de 20%
par rapport à la solution réacteur thermique...
Sur les RX7 de 2° génération, il y a deux catalyseurs en cascade (dont un double).
