FR3039079A1 - Filtre a particules catalyse - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un filtre à particules (1) comprenant un substrat filtrant en céramique poreuse et une phase catalytique, tel que la phase catalytique comprend un oxyde mixte de zirconium et d'yttrium de formule (ZrO2)x (Y2O3)y associé à de l'argent Ag sous forme métallique et/ou oxydée.
Description
FILTRE A PARTICULES CATALYSE
[0001] L’invention concerne les filtres à particules, notamment ceux équipant les lignes d’échappement de moteurs thermiques, et plus particulièrement les lignes d’échappement de moteurs thermiques de véhicules du type véhicule automobile et plus particulièrement les filtres à particules disposés en aval d’un dispositif de traitement des NOx, de type catalyseur 3 voies, réduction catalytique sélective (dont l’acronyme anglais est « SCR >> pour « Sélective Catalytic Réduction >>, piège à NOx,....
[0002] Les moteurs thermiques de type essence ou diesel produisent des particules, l’émission de particules étant généralement plus importante dans le cas des moteurs diesel que dans celui des moteurs à essence. De fait, les lignes d’échappement de moteurs thermiques incluent le plus souvent, au moins quand il s’agit de moteurs diesel, un filtre à particules destiné à piéger des particules solides. Pour éviter l’encrassement du filtre à particules, celui-ci doit être régénéré par brûlage des particules piégées.
[0003] De façon connue, les filtres à particules sont, par exemple, constitués d’une matrice minérale, de type céramique, de structure alvéolaire, définissant des canaux disposés sensiblement parallèlement à la direction générale d’écoulement des gaz d’échappement dans le filtre, et alternativement obturés du côté de la face d’entrée des gaz du filtre et du côté de la face de sortie des gaz du filtre, comme décrit dans le brevet EP - 2 426 326.
[0004] Selon une première approche, le brûlage des particules du filtre est réalisé périodiquement par augmentation de la température des gaz d’échappement, par exemple en injectant directement du carburant dans les gaz d’échappement. Dans le cas où un catalyseur d’oxydation (destiné à oxyder le monoxyde de carbone et les hydrocarbures imbrûlés) est disposé sur la ligne d’échappement en amont du filtre à particules, la combustion de ce carburant dans le catalyseur d’oxydation permet d’augmenter considérablement la température des gaz d’échappement au niveau du filtre à particules, température qui peut alors, au moins temporairement, atteindre des températures de plus de 550 °C jusqu’à 600 °C, et ateindre ainsi la température d’auto inflammation des suies. (On comprend dans le présent texte les termes « entrée »/« sortie », ou encore « amont »/« aval » en référence à la direction générale d’écoulement des gaz d’échappement destinés à traverser le filtre à particules, une fois celui-ci monté sur une ligne d’échappement d’un moteur thermique, depuis la sortie moteur jusqu’à la sortie des gaz à l’air libre en bout de ligne.) Pour déclencher une régénération du filtre à particules, on mesure généralement la perte de charge à l'intérieur du filtre à particules en mesurant la pression en amont et en aval. Lorsque la perte de charge dépasse un seuil, on considère que le filtre à particules a accumulé une quantité de suies suffisante et la régénération périodique du filtre à particules est initiée.
[0005] Pour limiter la durée des régénérations et la surconsommation en carburant induites par celles-ci, on peut abaisser la température d’autoinflammation des suies.
[0006] Pour ce faire, deux voies existent : On peut y parvenir en ajoutant un additif tel qu’une suspension de nanoparticules de cérium, de cérium et de fer ou de fer dans le carburant. Son efficacité est démontrée mais son utilisation requiert de stocker dans un réservoir additionnel une quantité suffisante d’additif pour assurer une autonomie d’au moins 120 000 km au véhicule pour satisfaire les normes en vigueur, et d’équiper le véhicule de moyens de dosage et d’injection (pompe, tuyauteries ...) de cet additif dans le carburant.
[0007] Une autre solution pour parvenir à abaisser la température d’autoinflammation des suies dans le filtre consiste à le munir d’une composition catalytique. On parle alors de filtre catalysé. La composition catalytique fait appel, généralement, à des métaux rares ou à leurs composés, par exemple à base de platine ou à base d’oxydes mixtes de cérium, zirconium et praséodyme (dont des exemples sont notamment décrits dans les brevets FR 2 698 346, FR 2 748 740, EP 2 288 249). Elle peut être également à base d’un oxyde mixte de zirconium et d’yttrium, comme décrit dans le brevet FR 2 956 329.
[0008] L’efficacité de ces différents oxydes est encore susceptible d’amélioration, avec, notamment pour les oxydes contenant du praséodyme, une efficacité peu élevée à basse température, imposant des régénérations longues et une surconsommation non négligeable en carburant, et, pour les métaux nobles utilisés, un renchérissement du coût d’approvisionnement et de récupération en fin de vie du filtre.
[0009] Plus on rend possible l’abaissement de la température d’autoinflammation des suies, plus on peut espacer les régénérations périodiques et/ou les rendre moins longues. En se rapprochant des températures des gaz d’échappement traversant le filtre à particules en conditions de roulage normales, il devient envisageable de concevoir des filtres à « autorégénération », encore désignés sous le terme de filtres « à régénération continue », qui se régénèrent en continu et de façon transparente pour le conducteur.
[0010] L’invention a alors pour but d’améliorer la conception des filtres à particules. Elle vise notamment des filtres catalysés avec des compositions catalytiques qui soient plus efficaces, notamment en devenant actives à des températures proches des températures des gaz d’échappement en conditions de roulage normales. Elle vise notamment l’atteinte de tels résultats sans avoir recours à des métaux nobles du type platine.
[0011] L’invention a tout d’abord pour objet un filtre à particules comprenant un substrat filtrant en céramique poreuse et une phase catalytique, tel que la phase catalytique comprend un oxyde mixte de zirconium et d’yttrium de formule (ZrÜ2)x (Y2C>3)y associé à de l’argent Ag sous forme métallique et/ou oxydée.
[0012] L’invention propose donc de combiner un oxyde mixte avec de l’argent sous forme métallique et/ou oxydée car ces deux types de composants/éléments ont, de façon surprenante, montré des interactions entre eux, et présentent une synergie qui permet d’atteindre une efficacité remarquable et inattendue au vu de l’efficacité de l’oxyde mixte seul. Il apparaît que cet effet soit obtenu parce que l’oxyde mixte, qu’on désigne également sous le terme de zircone yttriée, qui est un conducteur ionique de l’oxygène, est associé à de l’argent, qui est un vecteur d’oxygène [0013] Avec les filtres munis de phase catalytique contenant cette combinaison, il s’est avéré qu’on pouvait espacer les régénérations périodiques, voire atteindre une régénération en continu, la température à laquelle il commence à se régénérer étant fortement abaissée, et les particules de suies étant alors brûlées dès des températures de 450 °C, notamment dès des températures de 325 à 450 °C, voire dès 250 à 325 °C. On comprend par « commence à se régénérer » le fait qu’à la température considérée on obtient au moins 5% de combustion de suies dans le filtre.
[0014] C’est un point très avantageux, car limiter ou supprimer les régénérations périodiques limite ou évite la nécessité de surchauffer les gaz d’échappement périodiquement. Ces surchauffes ponctuelles de gaz d’échappement, destinées à enflammer périodiquement les suies, sont généralement obtenues par des injections de carburant dans la chambre de combustion en phase de détente (injections supplémentaires qui ne sont pas à but de propulsion et qui sont généralement désignées sous le terme de « postinjection >>), et/ou par des injections de carburant directement dans la ligne d’échappement en amont du filtre par un injecteur supplémentaire.
[0015] Dans les deux cas de figure, ces injections supplémentaires induisent une surconsommation de carburant, des adaptations du contrôle commande du moteur, éventuellement un injecteur supplémentaire, avec des contraintes importantes, puisque ces injections supplémentaires sont à réaliser en transparence pour le conducteur, qu’elles ne doivent pas provoquer d’émission supplémentaire de composés polluants et qu’elles ne peuvent être faites que dans certaines conditions de roulage. Parvenir à espacer, raccourcir ou même supprimer ces régénérations provoquées est donc excellent à tous points de vue. Une régénération continue, même modeste/partielle, permet de garder au filtre, entre deux régénérations, un taux d’encrassement moyen inférieur, donc une perte de charge plus faible dans la ligne d’échappement pour un meilleur fonctionnement du moteur thermique.
[0016] La proportion de l’argent sous forme oxydée et de l’argent sous forme métallique est variable, l’argent étant très réactif, notamment en fonction de ses conditions d’obtention, du choix du milieu réactionnel (température, pression d’oxygène, ...). Généralement, on a une proportion en masse d’au moins 5% à 10% d’oxyde dans l’ensemble oxyde + métal. De préférence, la proportion d’oxyde est comprise entre 10 et 50% de l’ensemble. Cette proportion a été vérifiée expérimentalement par réduction sous hydrogène. A noter que Γ [0017] Avantageusement, l’argent Ag est selon l’invention sous forme de nanoparticules, notamment de plus grande dimension comprise entre 1 et 100 nm, et de préférence entre 1 et 20 nm. On observe généralement une répartition dimensionnelle des particules d’argent sous la forme approximative d’une gaussienne. Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, la dimension des particules est comprise entre 1 et 25 nm, notamment entre 1 et 22 ou entre 2 et 22 nm, et est centrée sur une dimension d’environ 7 à 10 nm.
[0018] Il est à noter que l’on peut avoir de l’argent sous forme métallique et sous forme oxyde dans une même particule.
[0019] Avec cette dimension, les nanoparticules peuvent être dispersées à la surface de l’oxyde mixte, pour une meilleure interaction.
[0020] De préférence, l’oxyde mixte selon l’invention dans sa formule (Zr02)x (Y2Û3)y respecte la relation x + y = 1.
[0021] De préférence, l’oxyde mixte selon l’invention dans sa formule (Zr02)x (Y2C>3)y a une valeur de x comprise entre 0,85 et 0,98, et est notamment d’environ 0,92.
[0022] De préférence, l’oxyde mixte selon l’invention dans sa formule (Zr02)x (Y203)y a une valeur de y comprise entre 0,02 et 0,15, notamment comprise entre 0,03 et 0,12, et est notamment d’environ 0,08.
[0023] Selon un exemple préféré de l’invention, la formule de l’oxyde mixte peut être la suivante : (ZrO2)0,92 (Υ2θ3)0,08· [0024] De préférence, la quantité d’argent Ag sous forme métallique et/ou oxydée correspond à au moins 0,5 %en masse de l’oxyde mixte. En effet, une quantité très faible d’argent suffit pour améliorer l’efficacité de l’oxyde mixte, un peu à la manière d’un dopant.
[0025] Avantageusement, la quantité d’argent Ag sous forme métallique et/ou oxydée correspond à au plus 0,5 % en masse de l’oxyde mixte.
[0026] Elle correspond notamment à entre 0,8 et 2% en masse de l’oxyde mixte, notamment à environ 1% en masse de l’oxyde mixte.
[0027] Avantageusement, le filtre à particules selon l’invention comprend une quantité de phase catalytique compris entre 50 et 120 g de phase catalytique par litre de filtre (le volume est exprimé en litre du volume géométrique du filtre), notamment après séchage et calcination sur le filtre de la composition catalytique.
[0028] L’invention a également pour objet le procédé de dépôt de la phase catalytique sur le filtre décrit plus haut, où l’on dépose la phase catalytique dans/sur les parois du filtre par imprégnation par voie humide.
[0029] De préférence, on dépose la phase catalytique à partir d’un mélange de l’oxyde mixte et d’une solution aqueuse de nitrate d’argent.
[0030] L’invention a également pour objet une ligne d’échappement d’un moteur à combustion interne, qui comprend un filtre à particules décrit précédemment. Elle a également pour objet un tel filtre à particules qui se régénère en continu au moins partiellement, et notamment totalement.
[0031] De préférence, le filtre à particules selon l’invention est un support poreux comportant une face d’entrée et une face de sortie, ledit support étant muni de parois poreuses délimitant de canaux d’entrée reliant les deux faces et obturés en face de sortie, et de canaux de sortie reliant les deux faces et obturés en face d’entrée, au moins une partie de la phase catalytique étant déposée en surface des canaux d’entrée dudit filtre.
[0032] De préférence, alternativement ou cumulativement, au moins une partie de la phase catalytique est (aussi) déposée dans la porosité des parois du substrat poreux.
[0033] Dans tout le présent texte, les oxydes décrits sont susceptibles de contenir d’autres éléments, sous forme de traces ou d’impuretés.
[0034] De préférence, le substrat céramique du filtre est choisi parmi le carbure de silicium, l’alumine, le titanate d’aluminium, la cordiérite, la mullite, la cordiérite, avec une préférence pour le carbure de silicium SiC.
[0035] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, dans lesquelles : • la figure 1 est une représentation schématique de la structure interne d’un filtre à particules équipant une ligne d’échappement d’un moteur à combustion interne d’un véhicule automobile ; • les figures 2A et 2B sont des graphes représentatifs de l’activité de la phase catalytique composite de l’invention en regard d’un exemple comparatif ; • les figures 3 et 4 sont des graphes représentatifs de la régénération d’un filtre à particules respectivement selon un exemple conforme à l’invention et selon un exemple comparatif ; • la figure 5 est une représentation de la distribution de la dimension des particules d’argent utilisées selon l’invention.
[0036] La figure 1 représente schématiquement la structure interne connue en soi d’un filtre à particules 1, filtre destiné à être monté sur une ligne d’échappement d’un moteur à combustion thermique. 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 en céramique, 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.
[0037] Dans un mode de réalisation préféré et conformément aux exemples de l’invention détaillés ci-après, le filtre à particules 1 est en SiC, imprégné avec une phase catalytique à base : 1) d’un oxyde mixte de zirconium et d’yttrium, dite zircone yttriée, de formulation (Zr02)o,92 (Y203)o,os 2) sur lequel sont dispersées des nanoparticules d’argent pour partie métalliques et pour partie sous forme d’oxyde d’argent avec une proportion de 1% en masse d’argent par rapport à la zircone yttriée.
[0038] Exemple 1 (sur poudre)
Le conducteur ionique par les ions oxydes retenu est donc de la zircone yttriée (Zr02)o,92(Y203)o,o8 imprégnée avec 1% en masse d’argent par la méthode de l’imprégnation par voie humide : on effectue le mélange d’une poudre de zircone yttriée et d’une solution aqueuse de nitrate d’argent de concentration choisie, on procède à une évaporation à l’évaporateur rotatif puis à une calcination à 700 °C pendant 4h. Elle peut être appdée également dans le présent texte YSZ-Ag.
[0039] La Figure 5 est une représentation du diamètre des particules d’argent utilisées dans les exemples de l’invention ici décrits. En abscisse, est représenté le diamètre en nanomètres (on comprend par diamètre la plus grande dimension, la particule n’étant pas nécessairement parfaitement sphérique), et en ordonnée le % de nombre de particules, sur un lot de 150 nanoparticules. Cette distribution a été obtenue à partir d’observations au microscope électronique à balayage (MET), le comptage des particules ayant été effectué après calcination à 700 °C pendant 4 heures (traitement thermique identique à celui de la préparation du catalyseur décrite plus haut). On voit que les particules se répartissent selon approximativement une gaussienne entre 4 nm et 22 nm, avec un pic se situant à 8 nm.
[0040] On peut considérer que les particules d’argent contiennent au moins 10% en masse d’oxyde d’argent et le reste sous forme de métal argent.
[0041] Exemple 1 comparatif (sur poudre) C’est la zircone yttriée selon l’exemple 1 sans argent, appelée aussi YSZ seule par la suite.
[0042] Sous forme de poudre, il a été montré que la phase catalytique selon l’exemple 1 (YSZ-Ag) présente une activité catalytique pour oxyder la suie nettement supérieure à celle de la phase catalytique selon l’exemple 1 comparatif (YSZ seule). Cette activité a été évaluée en réalisant un contact non intime entre la suie et la phase catalytique des deux exemples, contact obtenu en choisissant les temps de broyage et de mélange appropriés entre la suie et la phase catalytique (par un mélange grossier de phase catalytique et de suie modèle dans un rapport massique 4/1 pendant 5 min). Cette façon de procéder pour mettre en contact la phase catalytique et la suie est celle qui se rapproche le plus des conditions rencontrées dans un filtre à particules d’une ligne d’échappement d’un moteur thermique. La suie modèle utilisée est du noir de carbone commercialisé sous la dénomination commerciale Printex U, qui est utilisée comme suie de référence dans nombreuses études portant sur la dépollution.
[0043] Ce gain en efficacité obtenu par l’ajout d’argent à la zircone yttriée est démontré par les graphes des figures 2A et 2B : [0044] Le graphe de la figure 2A représente en abscisse la température en °C à laquelle le mélange suie/phase catalytique est chauffé, et en ordonnée, la quantité de CO2 émise (en ppm) correspondante. La courbe C1 correspond à l’exemple comparatif 1 (YSZ seule), et la courbe C2 à l’exemple 1 (YSZ-Ag). De la comparaison des deux courbes, on voit que la courbe C2 monte plus vite et plus haut que la courbe C1, avec un gain d’environ 100°C sur la température de début d’oxydation. Si on se place à 1000 ppm d’activité oxydante, on voit que la courbe C2 de l’exemple selon l’invention affiche une température d’environ 410°C, alors que la courbe C1 affiche une température d’environ 570°C.
[0045] Le graphe de la figure 2B est une représentation un peu différente, avec toujours la température en abscisse, et, en ordonnées, le taux de conversion des suies exprimé en pourcentages. On voit que la courbe C’2 de l’exemple 1 monte également plus « tôt » en termes de température que la courbe C’1 de l’exemple comparatif 1, avec une température de conversion à 5% décalée d’environ 100°C entre les deux exemples:
T5% (exemple 1 -Ag-YSZ) = 41 0°C
T5% (exemple 2 - YSZ) = 51 0 ° C
[0046] Exemple 2 et Exemple 2 comparatif (sur filtre à particules) [0047] Ces exemples utilisent les phases catalytiques YSZ-Ag et YSZ des exemples 1 et comparatif 1 précédents.
[0048] Les enductions de YSZ seule (exemple comparatif 2) et de YSZ-Ag (exemple 2) ont été réalisées sur des mini filtres à particules (« mini FAP » dans la suite du texte) en SiC. Les quantités enduites sont de 80g de catalyseur par litre de FAP. On comprend par « mini FAP » un filtre à particules de dimensions réduites, ici de 1 pouce par 3 pouces.
[0049] Les conditions d’évaluation des performances des conducteurs ioniques YSZ et YSZ- Ag enduits sur mini-FAP en SiC sont les suivantes : Le protocole d’évaluation des performances est constitué de deux phases : une phase de chargement du FAP en particules carbonées une phase de régénération du FAP par combustion des suies [0050] Le mini-FAP est placé dans un banc à flux et est traversé par un mélange gaz réactionnel et des suies en suspension.
[0051] Pour la phase de chargement et de régénération une carotte de 1 pouce par 3 pouces de FAP est installée en aval d’un catalyseur DOC de 1 pouce par 1 pouce lui-même positionnée en aval d’un brûleur de marque CAST. Le CAST est un brûleur dont un gaz neutre (azote) 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 de l’azote à une hauteur variable. La phase de chargement a une durée de 20 minutes, ce qui conduit à un chargement de 5 à 8 g de suies par litre de FAP. La phase de régénération, pilotée à partir de la température des gaz souhaitée en entrée du mini-FAP, dure 10 minutes et la flamme est alors coupée.
[0052] L’ensemble des expériences a été réalisé avec les réglages suivants : - débit total des gaz : 20 L/minute - [02] = 10% - [H20]= 1,2%
- pas de CO ni de HC
Les étapes de chargement et de régénération sont répétées pour des températures de régénération amont FAP de 400 °C, 45D°C, 500 °C, 550 °C. Chaque étape de chargement est précédée d’une étape de nettoyage totale du FAP (température en amont du mini FAP de750°C pendait 15 min) [0053] La température mesurée est celle prise dans le mini-FAP aux 2/3 à partir de l’entrée des gaz d’échappement dans le mini FAP.
[0054] La perte de charge dans le filtre à particule est mesurée en continu, à l’aide de capteurs de pression placés en amont et en aval du mini FAP, pendant toute la durée du chargement et de la régénération. Une diminution de la perte de charge est observée dès lors que le filtre se régénère par combustion des particules carbonées.
[0055] L’efficacité du conducteur ionique par les ions oxydes de YSZ-Ag enduit dans la porosité des FAP en SiC est démontrée ici en comparaison avec YSZ seule.
Le tableau 1 ci-dessous exprime les variations de pertes de charge dans le temps au cours du chargement et de la régénération (unités en mbar/h mesurées pour le conducteur ionique YSZ-Ag et YSZ seul enduits chacun sur mini-FAP en SiC à différentes températures de FAP, entre 363 et 489°C.
Tableau 1 [0056] Durant la phase de chargement du FAP, ces résultats montrent une régénération active notable dès 489°C avec YSZ-Ag, ce qui signifie que la réaction d’oxydation des suies est plus importante que le chargement en suie. On n’observe pas ce phénomène avec YSZ seule.
[0057] Durant la phase de régénération, ces résultats montrent avec YSZ-Ag une activité catalytique sur filtre à particules significative dès 363°C, activité qui est non détectable avec YSZ seule sur mini-FAP, même à 489°C.
[0058] Exemple 3 et exemples 3 comparatif et 4 comparatif (sur filtre à particules) [0059] L’exemple 3 correspond à un mini FAP à particules à base de SiC et enduit d’une phase catalytique YSZ-Ag de même formulation que dans les exemples 1 et 2 précédents. Les quantités enduites sont de 80 g de catalyseur par litre de FAP.
[0060] L’exemple 3 comparatif correspond au même mini FAP sans aucune phase catalytique.
[0061] L’exemple 4 comparatif correspond à un mini FAP en Titanate d’Aluminium, enduit avec une phase catalytique à base de platine.
[0062] L’efficacité de YSZ-Ag enduite dans la porosité du mini-FAP en SiC (exemple 3) d’un FAP nu en SiC (exemple 3 comparatif), et d’un FAP en titanate d’Aluminium (AT) enduite avec le catalyseur à base de Pt (exemple 4 comparatif) est évaluée de la façon suivante : [0063] Le protocole d’évaluation des performances est constitué de deux phases : une phase de chargement du FAP en particules carbonées une phase de régénération du FAP par combustion des suies [0064] Pour la phase d’évaluation une carotte FAP de 1 pouce par 3 pouce est installée en aval d’un catalyseur de 1 pouce par 1 pouce positionné lui-même en aval d’un brûleur de marque CAST, dont le principe de fonctionnement a été décrit plus haut. L’ensemble des expériences a été réalisé avec les réglages suivants pour le brûleur :
1: Stabilisation de la température (« flame CAST OFF »): Chargement 20 min (flame CAST ON) jusqu’à obtenir 5 à 8 g de suies par litre de FAP 3: Régénération pendant 10 min (« flame CAST OFF ») : 10% O2 in N2 4: nettoyage du FAP: Température entrée FAP = 750°C pendant 15 minutes Les étapes 1 à 4 sont répétées pour des températures en entrées FAP de 400°C, 450°C, 500°C, 550°C. Débit total : 20L/min,
Composition des gaz :
En présence d’oxygène : 02 = 10%; pas de HC, pas de CO, %H20 = 1,2%
En présence de N02 : 02 = 10%; pas de HC, pas de CO, %H20 = 1,2% et N02 = 225 ppm [0065] La température mesurée est celle prise dans le mini-FAP aux 2/3 à partir de l’entrée des gaz d’échappement dans le FAP.
[0066] La perte de charge dans le filtre à particule est mesurée en continu, à l’aide de capteurs de pression placés en amont et en aval du FAP, pendant toute la durée du chargement et de la régénération. Une diminution de la perte de charge est observée dès lors que le filtre se régénère par combustion des particules carbonées.
[0067] Les figures 3 et 4 sont des graphes représentant en abscisse le temps exprimé en minutes, et en ordonnée la perte de charge exprimée en mbars.
[0068] Les courbes A,B,C,D,E,F de la figure 3 correspondent à l’exemple 3 selon l’invention, aux températures respectivement de 356°C, 399°C, 435°C, 478°C, 508°C et 527°C prises dans le mini-FAP aux £5 de l’entrée du mini-FAP.
[0069] Les courbes A’,B’,C’ et D’ de la figure 4 correspondent à l’exemple 3 comparatif (FAP nu), aux températures respectivement de 354°C, 398°C, 438°C et 480°C prises dans le mini-FAP aux 2/3 de’bntrée du mini-FAP.
[0070] La comparaison des figures 3 et 4 montre qu’avec d’YSZ-Ag (figure 3) la suie commence à brûler dès que la température dans le filtre atteint 354°C, contre 480°C (figure 4) sans phase catalytque.
[0071] Par ailleurs, une régénération continue (c’est-à-dire que la suie brûle plus vite qu’elle ne se dépose sur la paroi du filtre) est atteinte avec YSZ-Ag (figure 3) dès 480°C au lieu de 508°C sans pha© catalytique (figure 4).
[0072] On a également évalué l’efficacité de la phase catalytique enduite dans la porosité du FAP de l’exemple 3 et d’un FAP nu selon l’exemple 3 comparatif. Les FAP en SiC nu (exemple 3 comparatif) et catalysé en YSZ -Ag (exemple 3 comparatif) ont été testés sur le banc CAST en présence uniquement d’02.
[0073] Le mini-FAP en Titanate d’Aluminium catalysé à base de Pt selon l’exemple 4 comparatif a été testé sur le banc CAST en présence de N02 favorisant l’oxydation des suies.
Tableau 2 [0074] Les résultats de ce tableau montrent que, même en présence de N02, la régénération sur le mini-FAP catalysé à base de Pt (exemple 4 comparatif) est moins efficace que sur un mini-FAP catalysé YSZ-Ag (exemple 3 selon l’invention).
[0075] Les deux composants de la formule de la phase catalytique ont donc une action catalytique bien supérieure à celle de la zircone yttriée seule. Ils ont aussi une activité catalytique meilleure que des catalyseurs conventionnels à base de métaux nobles du type platine.
[0076] Avec l’invention, l’activité catalytique favorisant le brûlage des suies démarre à des températures qui se rapprochent des températures des gaz d’échappement habituels en régime stabilisé, ce qui permet d’envisager d’utiliser cette combinaison de composants catalytiques pour un filtre à particules qui serait apte, au moins partiellement, à s’auto-régénérer.
[0077] L’invention a en outre l’avantage de proposer un filtre à particules catalytique efficace bien que ne contenant pas de métaux nobles comme le platine, le palladium ou le rhodium.
[0078] Elle peut s’appliquer avantageusement pour des moteurs thermique de type diesel ou des moteurs thermiques de type essence.
Claims (12)
- REVENDICATIONS1. Filtre à particules (1) comprenant un substrat filtrant en céramique poreuse et une phase catalytique, caractérisé en ce que la phase catalytique comprend un oxyde mixte de zirconium et d’yttrium de formule (Zr02)x (V203)y associé à de l’argent Ag sous forme métallique et/ou oxydée.
- 2. Filtre à particules (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’Ag est sous forme de nanoparticules, notamment de plus grande dimension comprise entre 1 et 100 nm, de préférence comprise entre 1 et 20 nm.
- 3. Filtre à particules (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les nanoparticules sont dispersées à la surface de l’oxyde mixte.
- 4. Filtre à particules (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que x + y = 1.
- 5. Filtre à particules (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que x est compris entre 0,85 et 0,98, notamment est d’environ 0,92.
- 6. Filtre à particules (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que y est compris entre 0,02 et 0,15, notamment entre 0,03 et 0,12, notamment est d’environ 0,08.
- 7. Filtre à particules (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la formule de l’oxyde mixte est (Zr02)o,92 (Υ2θ3)ο,ο8·
- 8. Filtre à particules (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité d’argent Ag sous forme métallique et/ou oxydée correspond à au moins 0,5 % en masse de l’oxyde mixte.
- 9. Filtre à particules (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la quantité d’argent Ag sous forme métallique et/ou oxydée correspond à entre 0,8 et 2% en masse de l’oxyde mixte, notamment à environ 1% en masse de l’oxyde mixte.
- 10. Procédé de dépôt de la phase catalytique sur le filtre (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on dépose la phase catalytique dans/sur les parois du filtre par imprégnation par voie humide.
- 11. Procédé de dépôt selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’on dépose la phase catalytique à partir d’un mélange de l’oxyde mixte et d’une solution aqueuse de nitrate d’argent.
- 12. Ligne d’échappement d’un moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu’elle comprend un filtre à particules (1) selon l’une des revendications 1 à 9.
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