FR2961407A1 - Filtre a particules catalyse, systeme de traitement des gaz equipe d'un tel filtre et moteur - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un filtre à particules catalysé comprenant un substrat filtrant et une composition catalytique, pour la réduction catalytique des suies, à base d'oxyde multi-métallique présentant une structure pérovskite, caractérisé en ce que la composition catalytique présente une formulation en LaMn Ag O avec l'indice, Y, compris entre 0 et 0,2. L'invention concerne aussi un système de traitement des gaz équipé d'un tel filtre à particules et un moteur à combustion interne.

Description

Filtre à particules catalysé, système de traitement des gaz équipé d'un tel filtre et moteur
Domaine technique de l'invention 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, en particulier les filtres à particules éliminant les particules par catalyse.
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 NO2), les oxydes de carbone (monoxyde de carbone CO et dioxyde de carbone CO2), 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 25 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 30 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 35 façon significative la température d'auto-inflammation des suies à une valeur suffisamment basse pour être fréquemment atteinte pendant une marche normale du moteur.20
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 oeuvre un dispositif connu sous l'appellation de Filtre à Particules Catalysé. Un tel dispositif est composé d'un filtre à particules 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.
Les oxydes multi-métalliques possédant une structure pérovskite de type ABO3 sont aussi connus pour leur utilisation potentielle comme phase catalytique pour l'oxydation complète des composés organiques volatils (COV) et du CO. Dans cette structure, l'élément A est le cation de rayon ionique le plus grand, généralement une terre-rare, ou un alcalino-terreux, stable à l'état d'oxydation considéré et B, cation le plus petit, est le plus souvent un métal de transition. L'intérêt de ce type d'oxydes est la stabilité de sa structure permise par d'importantes variations de la nature des cations A et B (et de leurs rayons ioniques). La composition de ces oxydes peut également être modifiée par substitution partielle sur les sites cationiques. Il résulte de ces substitutions partielles la création de défauts : lacunes cationiques ou anioniques et/ou changement de nombre d'oxydation du métal de transition pour la conservation de l'électro-neutralité conditionnant les performances catalytiques des pérovskites.
On connait en particulier du document EP1378289 l'utilisation d'oxydes multi-métalliques possédant une structure pérovskite de composition générique AgXLa1_XMnOy (avec Ag : argent, La : lanthane, Mn : Manganèse et O : oxygène) comme phase catalytique pour un filtre à particules catalysé appliqué au diesel. Dans ce document, x est compris entre 0,02 et 0,9. En outre, il est prévu que la composition catalytique de formulation générique AgXLa1_XMnOy puisse être modifiée par une substitution partielle de l'argent, Ag, et du lanthane, La, par du Strontium, Sr. Il est prévu qu'à la substitution partielle d'Argent, Ag, et de Lanthane, La, puisse s'ajouter une substitution partielle ou totale du manganèse Mn par du cuivre, Cu, du cobalt, Co, du Fer, Fe ou encore du Chrome Cr.
Toutefois, de manière générale, l'efficacité de la réduction catalytique des suies à basse température n'est pas encore satisfaisante.
Il existe donc un besoin pour mettre au point une composition catalytique présentant une plus grande fenêtre de fonctionnement, en étant notamment plus efficace à basse température, afin d'éliminer les suies contenus dans les gaz d'échappement le plus rapidement possible après le démarrage du moteur. Ce besoin est particulièrement important dans le cas des moteurs Diesel ou essence à injection directe essence stratifié (mélange pauvre).
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 porte ainsi sur un filtre à particules catalysé comprenant un substrat filtrant et une composition catalytique, pour la réduction catalytique des suies, à base d'oxyde multimétallique présentant une structure pérovskite, caractérisé en ce que la composition catalytique présente une formulation en LaMn,_yAgyO3 avec l'indice, Y, compris entre 0 et 0,2.
Selon une variante, dans la composition catalytique, le lanthane, La, est partiellement substitué par un élément chimique A de sorte à présenter une formulation en AXLa1_XMn1 _ YAgyO3, avec l'élément chimique A choisi parmi Ca, Ba, K, Sr. De préférence, dans la formulation de la composition catalytique, l'indice X est supérieur à 0 et inférieur ou égal à 0,5.
Selon une autre variante, dans la composition catalytique, le lanthane, La, est partiellement substitué par de l'argent, Ag, de sorte à présenter une formulation en AgxLa,_XMn,_yAgyO3 dans laquelle l'indice Y est supérieur à 0 et l'indice X supérieur à 0 et inférieur ou égal à 0,5.
Selon une autre variante, dans la composition catalytique, le lanthane, La, est partiellement substitué par de l'argent, Ag, de sorte à présenter une formulation en AgxLa,_XMn,_yAgyO3 dans laquelle l'indice Y est nul et l'indice X est supérieur à 0 et inférieur à 0,02. De préférence, le substrat filtrant est choisi parmi le carbure de silicium, la cordiérite, l'alumine, le titanate d'aluminium, la mullite.
Dans une variante, le substrat filtrant étant poreux, au moins une partie de la composition 10 catalytique est déposée dans la porosité dudit substrat.
Dans une variante encore, le filtre à particules comprenant des canaux de passage de gaz séparés par des parois poreuses, au moins une partie de la composition catalytique est déposée en surface des parois poreuses des canaux. L'invention concerne aussi un système de traitement des gaz produits par combustion, comprenant au moins un filtre à particules de l'invention.
L'invention concerne encore un moteur à combustion interne comprenant un système de 20 traitement des gaz produits par combustion de l'invention.
De préférence, il s'agit d'un moteur de type diesel ou de type essence à injection directe.
25 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 :
30 - figure 1 : schéma de la structure interne d'un filtre à particules. - figure 2 : performance des compositions catalytiques pour la conversion des suies en CO2. La température de la réaction en °C est représentée en abscisses, et le pourcentage de conversion est représenté en ordonnées. - figure 3 : graphique présentant l'évolution de la perte de charge d'un filtre à particules de 35 l'art antérieur lors d'une phase de régénération. - figure 4 : graphique présentant l'évolution de la perte de charge d'un filtre à particules de l'invention lors d'une phase de régénération. 15 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 filtrant 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.
Le filtre 1 à particules est dit catalysé car il comprend de plus une composition catalytique, permettant la réduction catalytique des suies accumulées dans le substrat filtrant.
Conformément à l'invention, la composition catalytique est à base d'oxyde multimétallique présentant une structure pérovskite présentant la formulation générique suivante : LaMn, _yAgyO3 (1) avec l'indice, Y, compris entre 0 et 0,2.
Avantageusement, dans la composition catalytique de formulation (1), le lanthane, La, peut être partiellement substitué par un élément chimique A de sorte à présenter une formulation en AxLa,_xMn,_yAgyO3i avec l'élément chimique A choisi parmi Ca, Ba, K, Sr. Dans cette formulation, avantageusement l'indice X est supérieur à 0 et inférieur ou égal à 0,5 et préférentiellement supérieur à 0 et inférieur ou égal à 0,3.
A partir de la composition catalytique de formulation (1), le lanthane, La, peut être aussi 30 partiellement substitué par de l'argent, Ag, de sorte à présenter alors la formulation générique suivante : AgxLa1-xMn1 AgvO3 (2) 35 Avec d'une part, quand l'indice Y est nul, l'indice X est supérieur à 0 et inférieur à 0,02 et d'autre part, quand l'indice Y supérieur à 0 et inférieur à 0,2 , l'indice X est supérieur à 0 et inférieur ou égal à 0,5 et préférentiellement supérieur à 0 et inférieur ou égal à 0,3.25
Le filtre à particules de l'invention permet de surmonter les inconvénients de l'état de la technique. Il permet notamment de réduire plus efficacement les suies à basse température, et ainsi d'éliminer ces composés plus rapidement après le démarrage du moteur.
Le substrat filtrant peut être choisi parmi des céramiques courantes donc économiques comme de préférence le carbure de silicium, l'alumine, le titanate d'aluminium, la cordiérite, la mullite. Ces céramiques présentent en outre une très bonne tenue thermique.
Selon une variante, la composition catalytique à base d'oxyde multi-métallique présentant une structure pérovskite est déposée en surface des parois séparatrices 5 poreuses des canaux 2 de passage des gaz du filtre 1 à particules. La composition catalytique peut alors être déposée par un procédé de trempage (deep-coating) dans une barbotine.
Selon une variante, substrat filtrant étant poreux, au moins une partie de la composition catalytique est déposée dans la porosité dudit substrat, autrement dit dans les parois séparatrices 5 poreuses.
Selon une autre variante, au moins une partie de la composition catalytique est déposée en surface des parois séparatrices 5 poreuses des canaux 2 de passage de gaz. La composition catalytique peut avantageusement être disposée uniquement en surface des parois séparatrices 5 poreuses des canaux 2a d'entrée des gaz, c'est-à-dire des canaux en contact avec les gaz de combustion contenant les suies, ce qui permet de réduire la quantité de composition catalytique à déposer.
En variante, le filtre peut comprendre à la fois au moins une partie de la composition catalytique est déposée dans la porosité dudit substrat et au moins une partie de la composition catalytique est déposée en surface des parois séparatrices 5 poreuses des canaux 2 de passage de gaz.
Le filtre à particules catalysé ci-dessus trouve particulièrement à s'appliquer dans le cadre du traitement des gaz produits par combustion d'un moteur à combustion interne. Un système de traitement des gaz de combustion peut ainsi comprendre au moins un filtre à particules catalysé de l'invention afin de réduire efficacement les suies produites par combustion.
Un tel système de traitement des gaz de combustion est particulièrement adapté à la réduction des suies produites par un moteur Diesel ou un moteur à essence à injection directe stratifié, c'est-à-dire avec mode de fonctionnement pour lequel l'injection d'essence est réalisée durant la phase de compression moteur.
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 d'entrée de filtre de l'ordre de 300°C.
EXEMPLES Evaluation des performances des compositions catalytiques La mesure des activités catalytiques pour la combustion des suies de l'ensemble des poudres préparées ont été réalisées, à partir d'un mélange mécanique entre les pérovskites et des suies, par le biais d'oxydation en température programmée. Pour cela, des suies ont été récupérées en sortie d'un brûleur de type CAST au point de fonctionnement 1 en excès d'oxygène dans la flamme, dans un cristallisoir. Les conditions opératoires sont : propane (3,6 I/h); air d'oxydation (93 I/h); azote (450 I/h) et air de dilution (360 I/h). Les activités catalytiques des catalyseurs synthétisés pour l'oxydation des suies ont été réalisées dans les conditions suivantes : les pérovskites et les suies ont été mélangées mécaniquement dans un rapport massique de 4:1, dans un mortier en agate pendant 15 minutes. Une masse de 10 mg est prélevée et placée dans un réacteur en quartz classique en U. Les conditions expérimentales des oxydations en température programmée sont : 5% de 02 dans de l'Hélium et le réacteur est chauffé à une vitesse de 10°C/min jusqu'à 800°C.
Conventionnellement, on désigne dans ce mémoire par T50 la température à laquelle 50% des suies incorporées dans le réacteur ont été converties en CO2. Cette température sert de référence pour comparer l'activité catalytique des différentes compositions présentées dans ce mémoire.
Exemple 1 : composition catalytique A de formulation Sro,6Lao,4MnO3 selon 35 l'enseignement du document EP1378289. La pérovskite de composition Sr0,6La0,4MnO3 a été synthétisée par la méthode dite de complexation. Le protocole consiste à dissoudre les nitrates métalliques de lanthane, manganèse et strontium dans les proportions souhaitées dans le minimum d'eau déionisée. On ajoute ensuite à cette solution un agent chélatant, l'acide maléique 10%, de formule C4H4O4. Pour favoriser la complexation des précurseurs métalliques avec l'acide maléique, le pH est maintenu à 9 par l'ajout d'ammoniac. La solution est ensuite évaporée sur une plaque chauffante jusqu'à l'obtention d'un gel puis étuvé à 130°C une dizaine d'heure. La poudre ainsi obtenue est calcinée à 500°C pendant 2 heures, afin d'éliminer tous les résidus carbonés liés à la synthèse. Une calcination à plus haute température, à 800°C pendant 4 heures est ensuite nécessaire pour former la phase pérovskite et stabiliser la microstructure de la poudre.
L'activité de la pérovskite de formulation La0.4Sr0.6MnO3 est présentée par la courbe 21 de figure 2. La combustion de la suie ne démarre pas avant 350°C. La valeur de T50 est de 500°C.
Exemple 2: composition catalytique B de l'invention, de composition Lao,88Ago,27$ro,23MnO3. La méthode de préparation de la composition catalytique B ainsi que les températures de calcination sont du même type que celles décrites dans l'exemple 1 en mettant en oeuvre les nitrates métalliques de lanthane, argent, strontium et manganèse.
L'activité catalytique de cette composition catalytique B est beaucoup plus importante que celle de la composition catalytique 1 décrite dans l'exemple 1. En effet, comme l'illustre la courbe 22 de la figure 2, la combustion de la suie démarre avant 300°C et la valeur du T50 est de 430°C, au lieu de 500°C pour la composition catalytique La0,4Sr0,6MnO3 de l'exemple 1.
Exemple 3: composition catalytique C de l'invention, de composition Lao,88Cao,12MnO3. La méthode de préparation de la composition catalytique C ainsi que les températures de calcination sont du même type que celles décrites dans l'exemple 1, en mettant en oeuvre les nitrates métalliques de lanthane, calcium, manganèse.
Comme l'illustre la courbe 23 de la figure 2, l'activité catalytique de cette composition catalytique C est supérieure à celle de la composition A avec une valeur de T50, pour la composition catalytique C de 35° inférieure à celle de la composition A.
Exemple 4: composition catalytique D de l'invention, de composition Lao,9Ag0,1 Mn0,95Ag0,05O3- La méthode de préparation de la composition catalytique D ainsi que les températures de calcination sont du même type que celles décrites dans l'exemple 1, en mettant en oeuvre les nitrates métalliques de lanthane, argent, manganèse.
Comme l'illustre la courbe 24 de la figure 2, l'activité catalytique de cette composition catalytique D est proche de la celle de la composition catalytique B et présente donc des performances de conversion catalytique des suies supérieures à la composition catalytique A de l'exemple 1.
Exemple 5: composition catalytique E de l'invention, de composition Lao,8K0,18MnO3. Le dopage de la pérovskite par du potassium, K, a été réalisé par la méthode de complexation selon la méthode de préparation et les températures de calcination décrit à l'exemple 1. Cette formulation E présente une activité catalytique pour l'oxydation de la suie proche de celle de la composition catalytique C dopé par du calcium et donc supérieure à celle de la composition catalytique A de I exemple 1.
Les deux exemples suivants permettent d'évaluer les performances d'une composition catalytique déposée sur un substrat céramique poreux pour former un filtre à particules selon l'invention à un filtre à particules de l'art antérieur.
Exemple 6 : Filtre à particules F selon l'art antérieur Le filtre à particules F est un filtre à particules connu de l'art antérieur et décrit notamment dans le document WO2009118814. Le filtre à particules F 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 particules F ne comprend pas de phase catalytique déposée dans la porosité du support céramique.
Exemple 7 : Filtre à particules G selon l'invention Le filtre à particules G selon l'invention est constitué d'un médiat filtrant en SiC de 400 cpsi soit 62 canaux par cm2 commercialisé par la société IBIDEN et imprégné par la composition catalytique B de l'exemple 2. La phase catalytique B est déposée le long des canaux et dans les parois filtrantes par le procédé d'imprégnation. Après séchage et calcination à 550°C le filtre à particules catalysé G contient 15 g de phase active B par litre de FAP.
Evaluation des performances des filtres à particules Les performances des filtres à particules F et G 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 10 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 15 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 20 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, 25 - 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 30 d'un mélange de NO, CO, CO2, C3H6 et C3H8. Le flux total qui entre dans le filtre à particules est donc de 20 litres/min, soit une vitesse volumique horaire de 50000 h-1. La composition du mélange de gaz et de particules est la suivante :
Particules de suie : 4.1014 part/m3, 35 - 02:10%, - C3H6/C3H8 : 1000 ppm/1000 ppm, - CO : 5000 ppm,5 CO2 : 10%, NO : 500 ppm, H2O:1%.
Le filtre à particules est placé dans un four chauffé à 400°C. Les gaz chargés en particules sont préchauffés avant d'entrer dans le filtre à particules. La température des gaz chargés en particules est de 240°C en entrée de filtre à particules. Les filtres à particules sont exposés à ce mélange réactionnel pendant 70 min. Les chargements en suie sont compris entre 5 et 8 grammes de suies par litre de filtre à particules.
Dans la phase de régénération les conditions expérimentales sont les suivantes :
- Un flux d'air de 10 litres/min traverse les carottes des filtres F et G. A l'état initial la température des gaz mesurée sur la face d'entrée des filtres à particules F et G est de 240°C.
- La température des gaz entrant dans les carottes des filtres à particules F et G sont portées de 300°C à 460°C en programmations linéaires de température de 20°C/min entre 300°C et 360°C et de 5°C/min de 360 à 460°C. - La perte de charge AP 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.
25 La figure 3 présente sous forme d'un diagramme temporel l'évolution de la perte de charge AP en fonction du temps de programmation de la température des gaz entrant dans la carotte de filtre à particules F de l'art antérieur. La référence 31 désigne la courbe d'évolution de la température au niveau de la face d'entrée du filtre à particules F et la référence 32 désigne la courbe d'évolution de la perte de charge AP.
30 La figure 4 présente sous forme d'un diagramme temporel l'évolution de la perte de charge AP en fonction du temps de programmation de la température des gaz entrant dans la carotte de filtre à particules G de l'invention. La référence 41 désigne la courbe d'évolution de la température au niveau de la face d'entrée du filtre à particules F et la 35 référence 42 désigne la courbe d'évolution de la perte de charge AP.
1120 La figure 3 montre que l'oxydation des suies dans le filtre à particules F commence vers 440°C. Comme le montre la figure 4, le filtre à particules G comprenant la composition catalytique B permet d'obtenir une conversion des suies dès 380°C puisque la perte de charge aux bornes du filtre à particule G baisse à partir de cette température. Ce résultat démontre que la composition catalytique B, même enduite dans un filtre à particules avec un chargement très faible, en l'occurrence de 15 g/litre de filtre à particules, présente une activité catalytique pour l'oxydation des suies.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Filtre à particules catalysé comprenant un substrat filtrant et une composition catalytique, pour la réduction catalytique des suies, à base d'oxyde multi-métallique présentant une structure pérovskite, caractérisé en ce que la composition catalytique présente une formulation en LaMn1_YAgyO3 avec l'indice, Y, compris entre 0 et 0,2.
  2. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la composition catalytique, le lanthane, La, est partiellement substitué par un élément chimique A de sorte à présenter une formulation en AXLa1_XMn1_YAgyO3, avec l'élément chimique A choisi parmi Ca, Ba, K, Sr, dans laquelle l'indice X est supérieur à 0 et inférieur ou égal à 0,5. 10
  3. 3. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la composition catalytique, le lanthane, La, est partiellement substitué par de l'argent, Ag, de sorte à présenter une formulation en AgXLa1_XMn1_YAgyO3 dans laquelle l'indice Y est supérieur à 0 et l'indice X supérieur à 0 et inférieur ou égal à 0,5.
  4. 4. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la composition 15 catalytique, le lanthane, La, est partiellement substitué par de l'argent, Ag, de sorte à présenter une formulation en AgXLa1_XMn1_YAgyO3 dans laquelle l'indice Y est nul et l'indice X est supérieur à 0 et inférieur à 0,02.
  5. 5. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat filtrant est choisi parmi le carbure de silicium, la cordiérite, l'alumine, le 20 titanate d'aluminium, la mullite.
  6. 6. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat filtrant étant poreux, au moins une partie de la composition catalytique est déposée dans la porosité dudit substrat.
  7. 7. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce 25 que, le filtre à particules comprenant des canaux (2) de passage de gaz séparés par des parois poreuses (5), au moins une partie de la composition catalytique est déposée en surface des parois poreuses (5) des canaux (2).
  8. 8. Système de traitement des gaz produits par combustion, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un filtre à particules selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes.
  9. 9. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un système de traitement des gaz produits par combustion selon la revendication 8.
  10. 10. Moteur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un moteur de type diesel ou de type essence à injection directe.5
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2990097A1 (fr) 2014-08-29 2016-03-02 Peugeot Citroën Automobiles S.A. Filtre à particules catalysé
FR3088368A1 (fr) * 2018-11-08 2020-05-15 Psa Automobiles Sa Vehicule equipe d’un filtre a particules autoregenerant et d’un moteur et procede de controle associe

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3103117A1 (fr) 2019-11-20 2021-05-21 Psa Automobiles Sa Procédé de traitement des NOx par l’ammoniac produit in-situ dans un filtre à particules de véhicule automobile et dispositif pour la mise en œuvre du procédé

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4217339A1 (de) * 1992-05-26 1993-12-02 Leuna Werke Ag Katalysator zur Oxidation organischer Verbindungen
EP1378289A2 (fr) * 2002-04-18 2004-01-07 Ford Global Technologies, LLC, A subsidary of Ford Motor Company Revêtements catalytiques exempt de métal du groupe du platine dans des filtres à particules pour gaz d'échappement

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4217339A1 (de) * 1992-05-26 1993-12-02 Leuna Werke Ag Katalysator zur Oxidation organischer Verbindungen
EP1378289A2 (fr) * 2002-04-18 2004-01-07 Ford Global Technologies, LLC, A subsidary of Ford Motor Company Revêtements catalytiques exempt de métal du groupe du platine dans des filtres à particules pour gaz d'échappement

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ISHIHARA T ET AL: "Direct decomposition of NO into N2 and O2 over La(Ba)Mn(In)O3 perovskite oxide", JOURNAL OF CATALYSIS, ACADEMIC PRESS, DULUTH, MN, US, vol. 220, no. 1, 15 November 2003 (2003-11-15), pages 104 - 114, XP004465817, ISSN: 0021-9517, DOI: DOI:10.1016/S0021-9517(03)00265-3 *
PENG & AL.: "Influence of composition of perovskite-type catalysts La1-xAxByMn1-yO3 on simultaneous removal of NOx and soot", JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF CHINESE UNIVERSITIES, vol. 20, no. 5, October 2006 (2006-10-01), pages 831 - 836, XP009144628, ISSN: 1003-9015 *
TERAOKA ET AL: "Simultaneous removal of nitrogen oxides and diesel soot particulates catalyzed by perovskite-type oxides", APPLIED CATALYSIS B: ENVIRONMENTAL, ELSEVIER, vol. 5, no. 3, 11 February 1995 (1995-02-11), pages L181 - L185, XP022267320, ISSN: 0926-3373, DOI: DOI:10.1016/0926-3373(94)00059-X *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2990097A1 (fr) 2014-08-29 2016-03-02 Peugeot Citroën Automobiles S.A. Filtre à particules catalysé
FR3025116A1 (fr) * 2014-08-29 2016-03-04 Peugeot Citroen Automobiles Sa Filtre a particules catalyse
FR3088368A1 (fr) * 2018-11-08 2020-05-15 Psa Automobiles Sa Vehicule equipe d’un filtre a particules autoregenerant et d’un moteur et procede de controle associe

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