EP2533878A1 - Filtre a particules comprenant une phase catalytique - Google Patents

Filtre a particules comprenant une phase catalytique

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EP2533878A1
EP2533878A1 EP11708906A EP11708906A EP2533878A1 EP 2533878 A1 EP2533878 A1 EP 2533878A1 EP 11708906 A EP11708906 A EP 11708906A EP 11708906 A EP11708906 A EP 11708906A EP 2533878 A1 EP2533878 A1 EP 2533878A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
particle filter
zirconia
catalytic phase
filter according
filter
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11708906A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gilbert Blanchard
Severine Rousseau
Philippe Vernoux
Linda Mazri
Anne Giroir-Fendler
Leonardo Lizarraga
Barbara D'anna
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL
Peugeot Citroen Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL, Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2533878A1 publication Critical patent/EP2533878A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2510/00—Surface coverings
    • F01N2510/06—Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction

Definitions

  • Particle filter comprising a catalytic phase.
  • the present invention relates to the field of particle filters used in an exhaust line of an engine for the removal of particles.
  • the pollutants resulting from the combustion of a Diesel engine or gasoline are mainly unburned hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (nitrogen monoxide NO and nitrogen dioxide N0 2 ), carbon oxides (carbon monoxide CO and carbon dioxide C0 2 ), and in the case of diesel engines and gasoline direct injection engines, carbonaceous particles, which will be referred to in the rest of the description as "soot".
  • the post-treatment of the soot particles can be achieved by the introduction of a particulate filter into the exhaust line of the internal combustion engine.
  • Particle filters used in the automotive field most often include porous ceramic matrices incorporating many channels.
  • the particulate filter is subjected to a succession of filtering phase, during which the soot particles contained in the exhaust gases are deposited and accumulate in the particulate filter, and Regeneration phase to remove soot by auto-ignition and thus maintain its full effectiveness.
  • Catalytic Particle Filter Such a device is composed of a particle filter and a catalytic phase deposited in the porosity of the filter walls of the filter. These catalytic phases are either based on platinum deposited on supports such as alumina or cerium-zirconium oxides, or based on mixed oxides, such as, for example, cerium-zirconium-praseodymium ternary oxides.
  • the invention aims to overcome the drawback of the prior art by proposing a new economical particle filter, effective at low temperature, and to overcome the problem of vehicle integration of additional mechanical members.
  • the invention therefore relates to a particulate filter for purifying the exhaust gases produced by an internal combustion engine comprising a porous ceramic filtering substrate and a catalytic phase, characterized in that the catalytic phase is based on yttria-containing zirconia. .
  • the invention may include one or more of the following features:
  • the catalytic phase based on yttria-containing zirconia comprises a molar percentage of yttrine in the zirconia of between 3 and 12 mol%, for a better ionic conductivity and more preferably the molar percentage of yttrine in the zirconia is 8 mol%, for good efficiency of particulate filter from low temperatures, as shown in this memoir.
  • the particulate filter of the invention may comprise an amount of catalytic phase based on zirconia ytrtriée of between 50 g / liter and 500 g / liter of particulate filter and preferably between 80 g / liter and 250 g / liter.
  • the ceramic substrate is selected from silicon carbide, alumina, aluminum titanate, cordierite, for the sake of economy.
  • At least a portion of the catalytic phase based on yttria-containing zirconia is deposited in the porosity of the ceramic filtering substrate.
  • the particulate filter comprising exhaust gas inlet channels, at least a part of the catalytic phase based on yttria zirconia is deposited on the surface of the inlet channels of said filter.
  • the particulate filter of the invention is capable of regenerating itself by combustion of the particles contained in said filter as soon as it substantially reaches a temperature of 300 ° C. in order to be able to be operational quickly after starting the engine.
  • the invention also relates to an exhaust line, characterized in that it comprises a particulate filter according to any one of the preceding claims.
  • FIG. 1 is a diagram of the internal structure of a particulate filter.
  • FIG. 2 is a graph showing the evolution of the pressure drop of a particle filter according to the prior art during a regeneration phase.
  • FIG. 3 is a graph showing the evolution of the pressure drop of a particle filter of the invention. detailed description
  • FIG. 1 schematically recalls the internal structure known per se of a particle filter 1.
  • a particulate filter generally comprises a porous ceramic substrate or support having parallel channels 2. The latter are obstructed alternately by ceramic plugs 3 so as to force the exhaust gas whose direction of flow is illustrated by the arrows 4 to enter through inlet channels 2a, then through the porous dividing walls 5 to come out by exhaust gas outlet channels 2b.
  • Particle filter A is a particle filter known from the prior art and described in particular in document WO20091 18814.
  • Particle filter A comprises a silicon carbide ceramic support, SiC, of 400 cpsi (designating the number of channels). per square inch, or 62 channels per cm 2 ).
  • Particle filter A does not comprise a catalytic phase deposited in the porosity of the ceramic support.
  • the particulate filter B of the invention comprises a silicon carbide ceramic support and a catalytic phase based on yttria zirconia, that is to say zirconia Zr0 2 containing yttrium in the form of yttrine of chemical formula Y 2 0 3 .
  • Yttria zirconia can contain trace amounts of compounds such as chlorine, present in our embodiment up to 600 ppm.
  • the catalytic phase is deposited in the porosity of the porous separating walls by the forcing method still referred to as "slurry forcing method".
  • the particulate filter B of the invention may contain an active phase mass per particle volume of particulate filter of between 50 g / liter and 500 g / liter of particulate filter.
  • the amount of catalytic phase deposited in the particulate filter of the invention is between 80 g / liter and 250 g / liter of particulate filter. More preferably, as in this embodiment, whose performance is evaluated below, the amount of catalytic phase deposited in the particle filter B of the invention is set at 180 g of yttriated zirconia per liter of particulate filter.
  • the mole percent yttria Y 2 0 3 in the zirconia Zr0 2 may vary from 1 to 25%.
  • molar percentage of yttrine Y 2 O 3 in zirconia ZrO 2 is meant here the ratio, expressed as a percentage of the number of moles of yttrine Y 2 0 3 , relative to the number of moles of zirconia ZrO 2 in the catalytic phase.
  • the catalytic phase of the particle filter B is a yttria stabilized zirconia consisting of a mole percent yttria Y 2 0 3 in the zirconia Zr0 2 between 3 and 10 mol% in order to obtain the best ionic conductivities.
  • the catalytic phase of the particle filter B is an yttria-containing zirconia composed of a molar percentage of yttrine Y 2 O 3 in the zirconia of 8%.
  • particulate filters A and B are evaluated by following an evaluation protocol consisting of two phases:
  • regeneration refers to the fact that the carbonaceous particles contained in the filter burn up as soon as the inlet temperature of the gases in the filter reaches a critical threshold. A decrease in the pressure drop in the filter is observed when the filter regenerates by combustion of the carbonaceous particles.
  • a 2.5 cm by 7.5 cm (1 inch by 3 inch) particle filter core having a gas inlet face and a gas outlet face is installed downstream.
  • a CAST brand burner The CAST is a burner whose flame is cut in order to generate carbon particles.
  • the flame is generated from the combustion of propane.
  • the temperature of the gas flowing into the particulate filter cores A and B is then brought from 240-450 ⁇ linear programming temperature of 20 ° C / min between 240 and 360 ° C and 5 ⁇ € / min 360 at 450 ° C.
  • the pressure drop ⁇ in the particulate filter is measured continuously, using pressure sensors placed upstream and downstream of the particle filter core, during the entire duration of the loading and regeneration.
  • FIG. 2 presents, in the form of a diagram, the evolution of the pressure drop ⁇ as a function of the programming time of the temperature of the gases entering the A particle filter core of the prior art.
  • the reference 6 designates the evolution curve of the pressure drop ⁇
  • the reference 7 designates the evolution curve of the temperature T in A at the inlet face of the particulate filter A
  • the reference 8 designates the curve evolution of the oven temperature.
  • FIG. 2 presents, in the form of a diagram, the evolution of the pressure drop ⁇ as a function of the programming time of the temperature of the gases entering the particle filter core B of the invention.
  • the reference 9 designates the evolution curve of the pressure drop ⁇
  • the reference 10 designates the evolution curve of the temperature T in B at the inlet face of the particulate filter B
  • the reference 11 denotes the temperature evolution curve T 0UtB at the outlet face of the particle filter B of the invention.
  • the temperature criterion chosen for the comparison of the performance of the particulate filters is the temperature of the particle filter taken at the input of it because it is the place as shown in Figures 2 and 3 where the temperature of the filter is minimum.
  • the ceramic substrate may be chosen from common ceramics which are therefore economical, such as alumina, aluminum titanate and cordierite.
  • the catalytic phase based on yttria zirconia is deposited on the surface of the gas inlet channels of the particulate filter.
  • the catalytic phase can then be deposited by a soaking process (deep-coating) in a slip.
  • the catalytic phase based on yttriated zirconia is deposited both in the porosity of the ceramic support and on the surface of the inlet channels 2 of the gases of the particulate filter 1.
  • the invention has the advantage of providing a catalytic particle filter containing no noble metals such as platinum, palladium or rhodium and which has the particularity to regenerate by burning soot as soon as the filter substantially reaches a temperature T in B. filter inlet of the order of 300 ° C.

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Abstract

L'invention concerne un filtre à particules pour l'épuration des gaz d'échappement produits par un moteur à combustion interne comprenant un substrat filtrant en céramique poreuse et une phase catalytique, caractérisé en ce que la phase catalytique est à base de zircone yttriée. L'invention a aussi pour objet une ligne d'échappement comprenant un tel filtre à particules.

Description

Filtre à particules comprenant une phase catalytique. Domaine technique de l'invention
La présente invention revendique la priorité de la demande française 1050988 déposée le 12 Février 2010 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
La présente invention se rapporte au domaine des filtres à particules utilisés dans une ligne d'échappement d'un moteur pour l'élimination des particules.
Arrière-plan technologique
Les polluants issus de la combustion d'un moteur Diesel ou essence sont majoritairement les hydrocarbures imbrûlés (HC), les oxydes d'azote (monoxyde d'azote NO et dioxyde d'azote N02), les oxydes de carbone (monoxyde de carbone CO et dioxyde de carbone C02), et dans le cas des moteur Diesel et des moteurs à injection directe essence, des particules carbonées, qu'on désignera dans la suite de la description sous l'expression de « suies ».
Afin de respecter les normes environnementales internationales, la maîtrise des émissions de HC, de CO, de NOx et de particules est nécessaire et des technologies de post-traitement des gaz d'échappement sont indispensables.
On cherche depuis longtemps des techniques qui permettent de réduire l'émission de ces particules de suies.
Le post-traitement des particules de suies peut être réalisé par l'introduction d'un filtre à particules dans la ligne d'échappement du moteur à combustion interne. Les filtres à particules employés dans le domaine automobile comportent le plus souvent des matrices en céramique poreuse intégrant de nombreux canaux. Durant le fonctionnement du moteur à combustion interne, le filtre à particules est soumis à une succession de phase de filtration, pendant laquelle les particules de suies contenues dans les gaz d'échappement se déposent et s'accumulent dans le filtre à particules, et de phase de régénération pour éliminer les suies par auto-inflammation et conserver ainsi sa pleine efficacité.
Pour cela, il est connu de faire appel à un additif du carburant permettant d'abaisser de façon significative la température d'auto-inflammation des suies à une valeur suffisamment basse pour être fréquemment atteinte pendant une marche normale du moteur.
Cependant cette technologie nécessite d'embarquer sur le véhicule une quantité suffisante d'additif pour une autonomie de l'ordre de 120 000 kilomètres pour satisfaire les normes environnementales internationales EURO 5 et d'équiper le véhicule d'une pompe d'injection supplémentaire de cet additif dans le réservoir de carburant, cette injection étant effectuée à chaque fois qu'un complément de carburant est réalisé. Cette solution présente donc un surcoût non négligeable lié aux deux équipements majeurs : réservoir et pompe d'injection qui sont indispensables pour cette technologie.
Une autre solution consiste à mettre en œuvre un dispositif connu sous l'appellation de Filtre à Particules Catalysé. Un tel dispositif est composé d'un filtre à particule et d'une phase catalytique déposée dans la porosité des parois filtrantes du filtre. Ces phases catalytiques sont soit à base de platine déposé sur des supports comme l'alumine ou les oxydes cérium-zirconium, soit à base d'oxydes mixtes comme par exemple les oxydes ternaires cérium-zirconium-praséodyme. Les principaux inconvénients de ces filtres catalysés sont d'une part, le surcoût lié à l'utilisation de métaux nobles, et d'autre part pour les oxydes Ce-Zr-Pr par une faible efficacité à basse température, ce qui impose des temps de régénération relativement longs et ce qui se traduit par des surconsommations non négligeables en carburants.
L'invention a pour but de pallier l'inconvénient de l'art antérieur en proposant un nouveau filtre à particules économique, efficace à basse température, et permettant de s'affranchir de problème d'intégration sur véhicule d'organes mécaniques supplémentaires.
L'invention concerne donc un filtre à particules pour l'épuration des gaz d'échappement produits par un moteur à combustion interne comprenant un substrat filtrant en céramique poreuse et une phase catalytique, caractérisé en ce que la phase catalytique est à base de zircone yttriée.
Par ailleurs, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
De préférence, la phase catalytique à base de zircone yttriée comprend un pourcentage molaire d'yttrine dans la zircone compris entre 3 et 12% molaire, pour une meilleure conductivité ionique et de préférence encore le pourcentage molaire d'yttrine dans la zircone est de 8 % molaire, pour une bonne efficacité de filtre à particules dès les basses températures, comme le montre le présent mémoire.
Le filtre à particule de l'invention peut comprendre une quantité de phase catalytique à base de zircone yttriée comprise entre 50 g/litre et 500 g/litre de filtre à particules et de préférence entre 80 g/litre et 250 g/litre.
De préférence, le substrat céramique est choisi parmi le carbure de silicium, l'alumine, le titanate d'aluminium, la cordiérite, par soucis d'économie.
Dans une variante, au moins une partie de la phase catalytique à base de zircone yttriée est déposée dans la porosité du substrat filtrant en céramique.
Selon une autre variante, le filtre à particules comprenant des canaux d'entrée des gaz d'échappement, au moins une partie de la phase catalytique à base de zircone yttriée est déposée en surface des canaux d'entrée dudit filtre.
Le filtre à particules de l'invention est apte à se régénérer par combustion des particules contenues dans ledit filtre dès que celui-ci atteint sensiblement en entrée une température de 300 'Ό, afin de pouvoir être opérationnel rapidement après le démarrage du moteur.
Par ailleurs, l'invention a aussi pour objet une ligne d'échappement, caractérisée en ce qu'elle comprend un filtre à particules selon l'une quelconque des revendications précédentes.
Brève description des dessins
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
- La figure 1 est un schéma de la structure interne d'un filtre à particules.
- La figure 2 est un graphique présentant l'évolution de la perte de charge d'un filtre à particule selon l'art antérieur lors d'une phase de régénération.
- La figure 3 est un graphique présentant l'évolution de la perte de charge d'un filtre à particule de l'invention. Description détaillée
La figure 1 rappelle schématiquement la structure interne connue en soi d'un filtre 1 à particules. Un filtre à particules comprend généralement un substrat ou support céramique poreux comportant des canaux 2 parallèles. Ces derniers sont obstrués en alternance par des bouchons 3 céramiques de manière à forcer les gaz d'échappement dont le sens de circulation est illustré par les flèches 4 à entrer par des canaux 2a d'entrée, puis traverser les parois séparatrices 5 poreuses pour ressortir par des canaux 2b de sortie des gaz d'échappement.
Nous comparons dans ce document les performances d'un filtre à particules B de l'invention par rapport à un filtre à particules A de l'art antérieur.
Le filtre à particules A est un filtre à particule connu de l'art antérieur et décrit notamment dans le document WO20091 18814. Le filtre à particules A comprend un support céramique en carbure de silicium, SiC, de 400 cpsi (désignant le nombre de canaux par pouce carré, soit 62 canaux par cm2). Le filtre à particule A ne comprend pas de phase catalytique déposée dans la porosité du support céramique. Dans un mode de réalisation préféré et conformément à l'invention, le filtre à particules B de l'invention comprend un support céramique en carbure de silicium et une phase catalytique à base de zircone yttriée, c'est-à-dire de zircone Zr02 contenant de l'yttrium sous forme d'yttrine de formule chimique Y203. La zircone yttriée peut contenir à l'état de traces des composés tel que le chlore, présent dans notre mode de réalisation à hauteur de 600 ppm.
De préférence, la phase catalytique est déposée dans la porosité des parois séparatrices poreuses par le procédé d'enduction par forçage encore dénommé selon l'expression anglaise de « slurry forcing method ».
Après séchage et calcination, le filtre à particules B de l'invention peut contenir une masse de phase active par unité de volume de filtre à particules comprise entre 50 g/ litre et 500 g/litre de filtre à particules. De préférence, la quantité de phase catalytique déposée dans le filtre à particules de l'invention est comprise entre 80 g/ litre et 250 g/litre de filtre à particules. De préférence encore, comme dans ce mode de réalisation, dont la performance est évaluée plus loin, la quantité de phase catalytique déposée dans le filtre à particules B de l'invention est fixée à 180 g de zircone yttriée par litre de filtre à particules. Le pourcentage molaire d'yttrine Y203 dans la zircone Zr02 peut varier de 1 à 25%. Par pourcentage molaire d'yttrine Y203 dans la zircone Zr02, on entend ici le ratio, exprimé en pourcent du nombre de mole de d'yttrine Y203, par rapport au nombre de mole de zircone Zr02 dans la phase catalytique. De préférence, la phase catalytique du filtre à particule B est une zircone yttriée composée d'un pourcentage molaire d'yttrine Y203 dans la zircone Zr02 compris entre 3 et 10% molaire, afin d'obtenir les meilleures conductivités ioniques.
De préférence encore, comme dans ce mode de réalisation dont la performance est évaluée plus loin, la phase catalytique du filtre à particule B est une zircone yttriée composée d'un pourcentage molaire d'yttrine Y203 dans la zircone de 8 %.
Les performances des filtres à particules A et B sont évaluées en suivant un protocole d'évaluation constitué de deux phases :
- une phase de chargement du filtre à particules en suies.
- une phase de régénération du filtre à particules par combustion des suies.
On entend par le terme de régénération le fait que les particules carbonées contenues dans le filtre se consument par combustion dès que la température d'entrée des gaz dans le filtre atteint un seuil critique. Une diminution de la perte de charge dans le filtre est observée dès lors que le filtre se régénère par combustion des particules carbonées.
Pour la phase de chargement, une carotte de filtre à particules d'environ 2,5 cm par 7,5 cm (1 pouce par 3 pouces) comprenant une face d'entrée des gaz et une face de sortie des gaz est installée en aval d'un brûleur de marque commerciale CAST. Le CAST est un brûleur dont on coupe la flamme afin de générer des particules de carbone. La flamme est générée à partir de la combustion du propane. La taille des particules peut être ajustée en faisant varier le mélange comburant/combustible, ce qui a pour effet de modifier la hauteur de la flamme. Celle-ci est coupée par un gaz inerte comme de l'azote à une hauteur variable. L'ensemble des expériences a été réalisé avec les réglages suivants : - débit de propane = 0,06 litres/min,
- débit d'air pour la flamme = 1 ,55 litres/min,
- débit d'azote = 7,5 litres/min,
- débit d'air de dilution = 6 litres/min,
Une partie du flux généré par le CAST chargé en particules, soit environ 15 litres/min, est envoyée dans le filtre à particules associée à 5 litres / min de gaz additionnels composés d'un mélange de NO, CO, C02, C3H6 et C3H8. Dans la phase de régénération les conditions expérimentales sont les suivantes :
- Un flux d'air de 10 litres/min traverse les carottes des filtres A et B. A l'état initial la température des gaz mesurée sur la face d'entrée des filtres à particules A et B est de 240 <€.
- La température des gaz entrant dans les carottes de filtre à particules A et B est ensuite portée de 240 à 450 ^ en programmations linéaires de température de 20°C/min entre 240 et 360 °C et de 5<€/min de 360 à 450 °C. - La perte de charge ΔΡ dans le filtre à particules est mesurée en continu, à l'aide de capteurs de pression placés en amont et en aval de la carotte de filtre à particules, pendant toute la durée du chargement et de la régénération.
La figure 2 présente sous forme d'un diagramme l'évolution de la perte de charge ΔΡ en fonction du temps de programmation de la température des gaz entrant dans la carotte de filtre à particules A de l'art antérieur. La référence 6 désigne la courbe d'évolution de la perte de charge ΔΡ, la référence 7 désigne la courbe d'évolution de la température TinA au niveau de la face d'entrée du filtre à particules A et la référence 8 désigne la courbe d'évolution de la température du four.
Comme le montre la figure 2, on observe un début de diminution de la perte de charge ΔΡ qui résulte de la combustion des particules carbonées à partir d'une température TinA d'entrée du filtre à particules A d'environ 440 ^, cette température étant mesurée au moment de la rupture de pente de la courbe 8 observée environ vers 2,25 heures sur la figure 2 et indiqué par le trait vertical référencé 13 sur la figure 2. La figure 3 présente sous forme d'un diagramme l'évolution de la perte de charge ΔΡ en fonction du temps de programmation de la température des gaz entrant dans la carotte de filtre à particules B de l'invention. La référence 9 désigne la courbe d'évolution de la perte de charge ΔΡ, la référence 10 désigne la courbe d'évolution de la température TinB au niveau de la face d'entrée du filtre à particules B et la référence 1 1 désigne la courbe d'évolution de la température T0UtB au niveau de la face de sortie du filtre à particules B de l'invention.
Comme le montre la figure 3, on observe un début de diminution de la perte de charge ΔΡ qui résulte de la combustion des particules carbonées à partir d'une température de filtre TinB prise en entrée du filtre à particules B sensiblement de 300 'Ό, cette température étant mesurée au moment de la rupture de pente de la courbe 9 indiqué par le trait vertical référencé 12 sur la figure 3. Dans ce mémoire, le critère de température choisi pour la comparaison des performances des filtres à particules est la température du filtre à particules prise en entrée de celui-ci car c'est l'endroit comme le montre les figures 2 et 3 où la température du filtre est minimum. Le mode de réalisation du filtre à particules B de l'invention n'est pas limitatif. Selon une variante le substrat céramique peut être choisi parmi des céramiques courantes donc économiques comme de préférence l'alumine, le titanate d'aluminium, la cordiérite.
Selon une autre variante, la phase catalytique à base de zircone yttriée est déposée en surface des canaux d'entrée des gaz du filtre à particules. La phase catalytique peut alors être déposée par un procédé de trempage (deep-coating) dans une barbotine.
Selon une autre variante la phase catalytique à base de zircone yttriée est déposée à la fois dans la porosité du support céramique et à la surface des canaux 2 d'entrée des gaz du filtre 1 à particules.
L'invention a pour avantage de proposer un filtre à particules catalytique ne contenant pas de métaux nobles comme le platine, le palladium ou le rhodium et qui présente la particularité de se régénérer par combustion des suies dès que le filtre atteint sensiblement une température TinB d'entrée de filtre de l'ordre de 300 °C.

Claims

Revendications
1 . Filtre à particules pour l'épuration des gaz d'échappement produits par un moteur à combustion interne comprenant un substrat filtrant en céramique poreuse et une phase catalytique, caractérisé en ce que la phase catalytique est à base de zircone yttriée.
2. Filtre à particules selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la phase catalytique à base de zircone yttriée comprend un pourcentage molaire d'yttrine dans la zircone compris entre 3 et 12% molaire.
3. Filtre à particules selon la revendication 2, caractérisé en ce que le pourcentage molaire d'yttrine dans la zircone est de 8 % molaire.
4. Filtre à particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une quantité de phase catalytique à base de zircone yttriée comprise entre 50 g/litre et 500 g/litre de filtre à particules et de préférence entre 80 g/litre et 250 g/litre.
5. Filtre à particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat céramique est choisi parmi le carbure de silicium, l'alumine, le titanate d'aluminium, la cordiérite.
6. Filtre à particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la phase catalytique à base de zircone yttriée est déposée dans la porosité du substrat filtrant en céramique.
7. Filtre à particules selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, le filtre à particules comprenant des canaux (2a) d'entrée des gaz d'échappement, au moins une partie de la phase catalytique à base de zircone yttriée est déposée en surface des canaux (2a) d'entrée dudit filtre.
8. Filtre à particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est apte à se régénérer par combustion des particules contenues dans ledit filtre dès que celui-ci atteint sensiblement en entrée une température (TinB) de 300 <€.
9. Ligne d'échappement, caractérisée en ce qu'elle comprend un filtre à particules selon l'une quelconque des revendications précédentes.
EP11708906A 2010-02-12 2011-02-08 Filtre a particules comprenant une phase catalytique Withdrawn EP2533878A1 (fr)

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