FR3061742A1 - Dispositif de post-traitement des gaz d’echappement d’un moteur thermique - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur un dispositif (6) de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique pour traiter les fuites en ammoniac, qui comprend successivement un catalyseur chauffé électriquement EHC (7) comprenant une composition catalytique oxydante et un catalyseur de réduction catalytique sélective SCR (8).
Description
Titulaire(s) : PEUGEOT CITROËN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
O Demande(s) d’extension :
® Mandataire(s) : PEUGEOT CITROËN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
(54) DISPOSITIF DE POST-TRAITEMENT DES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR THERMIQUE.
(57) L'invention porte sur un dispositif (6) de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique pour traiter les fuites en ammoniac, qui comprend successivement un catalyseur chauffé électriquement EHC (7) comprenant une composition catalytique oxydante et un catalyseur de réduction catalytique sélective SCR (8).
FR 3 061 742 - A1
DISPOSITIF DE POST-TRAITEMENT DES GAZ D’ECHAPPEMENT D’UN MOTEUR THERMIQUE [001] L'invention concerne, de façon générale, le post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique, en particulier dans un véhicule automobile, mais également dans toutes autres applications hors automobile.
[002] Les émissions de certains gaz (ainsi que les particules) contenus dans les gaz d’échappement des moteurs à combustion, notamment ceux équipant les véhicules automobiles, sont réglementées par des normes. Les gaz réglementés sont notamment le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures imbrûlés (HC), les oxydes d’azotes (NOx, c’est-à-dire NO et NO2), qui sont formés lors de la combustion du carburant dans le moteur puis émis à l’échappement.
[003] Il est connu d’employer un certain nombre de moyens de traitement dans la ligne d’échappement des moteurs à combustion pour en limiter la teneur de ces espèces réglementées. Un catalyseur d’oxydation permet le traitement du monoxyde de carbone (CO), des hydrocarbures imbrûlés (HC), et dans certaines conditions des oxydes d’azote ; un filtre à particules peut être employé pour le traitement des particules de suie. On désigne de manière générale ce type de dispositif par le terme de dispositif de « posttraitement >> des gaz d’échappement.
[004] Pour les moteurs notamment typés essence, ces dispositifs de post-traitement comprennent ainsi généralement un catalyseur dit trois voies (appelé aussi catalyseur TWC pour l’acronyme du terme anglais correspondant « Three-Way Catalyst »), apte à traiter les gaz HC, CO et NOx, ainsi qu’éventuellement un filtre à particules.
[005] Pour les véhicules notamment typés diesel, on peut prévoit, outre un catalyseur d’oxydation et le filtre à particules, un catalyseur de traitement des NOx dit de réduction catalytique sélective SCR (pour l’acronyme du terme anglais correspondant « Sélective Catalytic Réduction ») : le catalyseur SCR réduit chimiquement les NOx en azote par introduction d’un agent réducteur (ou d’un précurseur d’un tel agent réducteur) dans les gaz d’échappement. Il peut par exemple s’agir d’une solution d’urée, dont la décomposition va aboutir à l’obtention d’ammoniac qui servira d’agent réducteur, ou il peut s’agir d’injecter dans la ligne d’échappement (ou de générer in situ) directement un réducteur sous forme gazeuse ou liquide (H2, ammoniac). On parlera dans la suite du présent document d’une manière générale de « réducteur » pour désigner un agent réducteur ou un précurseur d’agent réducteur.
[006] Il est, par exemple, connu de la demande de brevet WO 2011/089330 un dispositif de post-traitement regroupant dans une même enveloppe plusieurs organes qui vont être successivement traversés par les gaz d’échappement. Il y est proposé, notamment, une série d’organes comprenant d’amont en aval : - un catalyseur d’oxydation, - un injecteur d’agent réducteur de type urée, - un mélangeur dont le rôle est de mélanger intimement les gouttelettes d’urée injectées dans l’enveloppe traversée par les gaz, de façon à se décomposer en ammoniac de manière aussi homogène que possible sur toute la section droite de l’enveloppe, - un organe SCR, - un filtre à particules (appelé FAP par la suite). Il y est également proposé une alternative, consistant à remplacer l’organe SCR et le FAP, par un FAP qui est imprégné d’un catalyseur de réduction des NOx et qui remplit ainsi à la fois la fonction de filtre des suies et de réduction des NOx (appelé SCRF par la suite).
[007] Cependant, les normes européennes, notamment, tendent à devenir de plus en plus sévères. La technologie de traitement des oxydes d’azote la plus efficace est certes bien la réduction catalytique sélective SCR, rappelée brièvement dans son principe plus haut, car elle est efficace dans des plages de température et de débit de gaz plus étendues que celles d’un piège à NOx, l’autre solution de post-traitement. Mais elle doit être très performante même dans des conditions thermiques peu favorables (quand l’organe SCR est placé « loin » sur la ligne d’échappement pour des raisons de contraintes d’implantation, donc avec des températures de gaz d’échappement moins élevées que près de la sortie moteur, ou au démarrage du moteur, avec une température des gaz croissante / non stabilisée) ou quand elle équipe des lignes d’échappement de moteurs de relativement forte cylindrée de véhicules dits « lourds » (de plus de 1500 kg) qui tendent à émettre, proportionnellement, plus de NOx que des moteurs de plus petite cylindrée.
[008] Pour compenser une température de gaz pas toujours optimale et/ou pour compenser ces émissions de NOx plus élevées, les quantités d’agent réducteur à injecter dans la ligne d’échappement (par exemple de l’urée se décomposant en ammoniac) devront être plus importantes aussi, puisque ces quantités sont dictées par la stœchiométrie des réactions de NOx par l’ammoniac.
[009] Une quantité plus importante d’urée (ou d’ammoniac) à injecter sur la ligne induit un risque accru d’émissions d’ammoniac en excès, qui n’aurait pas réagi en bout de ligne d’échappement. Or les fuites d’ammoniac en bout de ligne d’échappement sont malodorantes, et peuvent incommoder, notamment si le véhicule est dans un espace confiné de type parking fermé, elles sont susceptibles en outre d’être réglementées dans le futur tout comme les teneurs en NOx le sont déjà.
[0010] Il est ainsi connu de la demande de brevet WO 2016/092170 une architecture de dépollution qui propose une première réponse, en ajoutant en bout de ligne d’échappement un organe dédié au traitement d’un éventuel excès d’ammoniac non réagi avant qu’il ne s’échappe à l’extrémité de la ligne. Il s’agit notamment d’un organe qui traite l’excès d’ammoniac par oxydation de l’ammoniac en NOx puis par réduction desdits NOx en azote, et que l’on pourra dans la suite du présent texte désigner sous le terme ASC. « ASC >> est l’acronyme anglais du terme « Ammonia Slip Catalyst >> ou catalyseur des fuites en ammoniac en français.
[0011] Cependant, ce type d’organe de traitement des fuites d’ammoniac nécessite d’atteindre une certaine température pour être efficace. Et c’est par la chaleur des gaz d’échappement qui le traversent qu’il peut s’échauffer jusqu’à la température seuil requise pour le rendre opérant. Or il est plutôt disposé en bout de ligne, quand les gaz d’échappement ont déjà une température abaissée, et, dans certaines conditions de fonctionnement, il peut ne pas remplir son rôle correctement.
[0012] L’invention a alors pour but d’améliorer les dispositifs de post-traitement, et plus particulièrement d’améliorer le fonctionnement des organes de traitement des fuites d’ammoniac qui en font partie.
[0013] L’invention a tout d’abord pour objet un dispositif de post-traitement des gaz d’échappement d’un moteur thermique pour traiter les fuites en ammoniac. Le dispositif en question comprend successivement un catalyseur chauffé électriquement EHC comprenant une composition catalytique oxydante et un catalyseur de réduction catalytique sélective SCR.
[0014] On comprend par catalyseur chauffé électriquement, dit également « EHC >> pour « Electrically Heated Catalyst >> en anglais, ou encore « catalyseur chauffé électriquement >> en français un composant entièrement métallique ou partiellement métallique ou encore minéral et dopé qui est apte à dissiper de la chaleur quand il est alimenté en électricité, par effet Joule.
[0015] L’invention modifie donc significativement la conception d’un dispositif de traitement des fuites en ammoniac type ASC. Conventionnellement, en effet, un dispositif de type ACS comprend un unique substrat destiné à être mis en contact avec les gaz d’échappement et qui comprend deux revêtements superposés : un revêtement extérieur de type SCR qui est apte à stocker l’ammoniac NH3 et à réduire les NOx qui restent dans les gaz d’échappement ou les NOx formés dans l’ASC, et un revêtement intérieur qui catalyse l’oxydation, apte à oxyder l’ammoniac NH3en NOx.
[0016] Ici, selon l’invention, on vient d’une part découpler ces deux fonctionnalités, puisqu’on préconise un organe d’oxydation, à la suite duquel on dispose un organe SCR, les deux organes étant donc distincts et disposés en série sur la ligne d’échappement. Et d’autre part, on vient ajouter une troisième fonctionnalité, celle d’un chauffage électrique, qui est intégré à l’organe d’oxydation. Ces moyens de chauffage ont un double effet. D’une part, ils permettent aux gaz d’échappement, quand cela est nécessaire, d’atteindre la température suffisante pour pouvoir, au niveau du catalyseur d’oxydation, amplifier/faciliter l’oxydation de l’ammoniac en NOx. D’autre part, les gaz d’échappement parviennent ensuite au niveau de l’organe SCR également à la température suffisante pour réduire correctement les NOx avec l’ammoniac stocké préalablement et l’ammoniac non oxydé.
[0017] La possibilité de chauffer ainsi les gaz d’échappement - exactement là où cela est nécessaire, c’est-à-dire au niveau des moyens de traitement des fuites d’ammoniac, généralement en bout de ligne d’échappement, - exactement quand cela est nécessaire , c’est-à-dire quand le catalyseur SCR est saturé en ammoniac, - et exactement à la puissance voulue, c’est-à-dire au plus juste pour obtenir l’augmentation de température voulue, donne une grande flexibilité à ces moyens de traitement, une grande efficacité même dans des conditions peu favorables : quand les moyens de traitement risquent de se trouver saturés en ammoniac et que les gaz d’échappement qui les traversent sont à une température trop peu élevée, par exemple inférieure ou égale à 200 ou 180° C ou 150°C, ils perdent en efficacité. Avoir un système de chauffe électrique permet de leur rendre leur efficacité, quel que soit le régime du moteur ou la longueur de la ligne d’échappement entre les moyens de traitement et le collecteur d’échappement du moteur. On traite ainsi correctement à la fois les NOx et les éventuelles fuites d’ammoniac des gaz d’échappement avant leur sortie de la ligne d’échappement.
[0018] De préférence, le catalyseur chauffé électriquement EHC comprend des moyens d’amenée de courant pilotables. L’unité de contrôle qui pilote le traitement des gaz d’échappement peut ainsi piloter également la puissance de chauffe du catalyseur EHC selon les besoins en pilotant son alimentation électrique (en tout ou rien ou de façon modulable avec un interrupteur pilotable ad hoc).
[0019] De préférence, le catalyseur chauffé électriquement EHC comporte une matrice minérale conductrice électriquement, notamment métallique, destinée à être traversée par les gaz d’échappement et qui est reliée à des moyens d’amenée de courant pilotables. Cette matrice minérale peut être entièrement en métal ou non, par exemple à base de SiC dopé, être poreuse, présenter des canaux, se présenter sous forme d’un réseau de fils conducteurs...
[0020] Avantageusement, la matrice minérale en question est imprégnée et/ou recouverte au moins partiellement par une composition catalytique oxydante.
[0021] La composition catalytique oxydante comprend par exemple du platine et/ou du palladium. De préférence, l’élément catalytique actif de la composition est le platine.
[0022] Avantageusement, le catalyseur de réduction catalytique sélective SCR comprend une composition catalytique comportant au moins une zéolithe au cuivre ou au fer, comme la ferriérite au cuivre ou au fer ou comme la chabazite au cuivre ou au fer. De préférence, on choisit une zéolithe au cuivre, qui s’est avérée la plus performante quel que soit le ratio NO2/NOx.
[0023] Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l’invention comprend une enveloppe unique dans laquelle sont disposés successivement le catalyseur chauffé électriquement EHC et le catalyseur de réduction catalytique sélective SCR. On limite ainsi au mieux les déperditions de chaleur des gaz d’échappement entre la zone où ils sont chauffés (le catalyseur EHC) et la zone où les fuites d’ammoniac achèvent d’être traitées (le catalyseur SCR) en rapprochant ainsi les deux organes.
[0024] Le catalyseur chauffé électriquement EHC est apte à oxyder l’ammoniac en oxyde d’azote, le catalyseur de réduction catalytique sélective SCR étant apte à réduire les oxydes d’azote en azote.
[0025] L’invention a également un ensemble comprenant le dispositif de post-traitement décrit plus haut, l’ensemble comprenant aussi : - des moyens électriques comportant une source électrique connectée à des moyens d’amenées de courant du catalyseur chauffé électriquement EHC, et - une unité de contrôle pilotant l’alimentation électrique des moyens d’amenées de courant en fonction de la température de l’un ou l’autre des catalyseurs.
[0026] L’unité de contrôle peut être intégrée ou connectée au calculateur qui pilote le moteur.
[0027] L’unité de contrôle peut ainsi déclencher le chauffage des gaz d’échappement via le catalyseur chauffé EHC quand la température des catalyseurs est trop faible / a trop baissé, au juste nécessaire en termes de puissance électrique dissipée et en termes de temps de chauffe. En effet, la source d’électricité, dans le cas d’un véhicule automobile, est la batterie du véhicule, ou plutôt l’alternateur pour que la batterie reste chargée pour permettre le démarrage du véhicule, et il est important d’en limiter sa décharge. Il peut être envisagé, le cas échéant, d’adapter la puissance de la batterie ou de choisir un alternateur approprié, sachant que la puissance demandée peut aller jusqu’à 1 KW et au-delà pendant quelques secondes à quelques minutes. L’unité de contrôle pilote aussi de préférence l’alimentation électrique des moyens d’amenées de courant également en fonction du degré de saturation en ammoniac du catalyseur de réduction catalytique sélective SCR, pour n’activer le chauffage notamment que lorsque le catalyseur est saturé en ammoniac ou tout au moins proche de la saturation en ammoniac.
[0028] L’invention a également pour objet un procédé de mise en oeuvre de l’ensemble décrit précédemment, tel que l’unité de contrôle active l’alimentation électrique des moyens d’amenée de courant quand le catalyseur de réduction catalytique sélective SCR est saturé en ammoniac et quand il se trouve à une température inférieure ou égale à une température seuil, qui est par exemple de 200°C, ou180°C ou 150°C.
[0029] De préférence, on détermine la température du catalyseur de réduction catalytique sélective SCR par mesure à l’aide d’un capteur au niveau dudit catalyseur ou par estimation à partir d’une mesure à l’aide d’un capteur en amont ou aval de celui-ci sur la ligne d’échappement, ou encore à partir d’un modèle (présent dans l’unité de contrôle).
[0030] De préférence, on détermine le degré de saturation en ammoniac du catalyseur de réduction catalytique sélective SCR à partir d’un modèle (présent dans l’unité de contrôle).
[0031] L’invention a également pour objet une ligne d’échappement d’un moteur thermique, qui intègre le dispositif décrit plus haut.
[0032] L’invention a également pour objet un véhicule, notamment automobile, qui intègre un moteur thermique connecté à la ligne d’échappement décrite plus haut.
[0033] De façon générale dans tout le présent texte, les termes « successivement >> ou encore « amont >> ou « aval >> se comprennent en référence au sens général d’écoulement des gaz d’échappement dans la ligne d’échappement depuis le collecteur d’échappement en sortie moteur jusqu’à son extrémité débouchant à l’air libre.
[0034] Il a été montré que ce nouveau mode de traitement des fuites d’ammoniac permettait de limiter au maximum les rejets/fuites d’ammoniac en bout de ligne d’échappement (ce qu’on désigne également en anglais sous le terme de « NH3 slip >>), rejets d’ammoniac provenant soit de l’agent réducteur injecté en amont de l’organe porteur du catalyseur SCR mais n’ayant pas réagi, soit formés lors de la purge du piège à NOx, si c’est ce type de dispositif qui est prévu pour traiter les NOx sur la ligne d’échappement, seul ou en complément d’un organe SCR). C’est très avantageux, tout particulièrement pour les véhicules lourds qui nécessitent l’injection d’une quantité plus importante d’agent réducteur, avec donc un risque accru de relargage d’ammoniac en bout de ligne.
[0035] L’invention est décrite plus en détail ci-après en référence aux figures relatives à un mode de réalisation non limitatif se rapportant à un dispositif de post-traitement des gaz d’échappement d’un moteur diesel :
- la figure 1 représente très schématiquement un moteur et sa ligne d’échappement d’un véhicule automobile comportant une architecture de post-traitement intégrant un dispositif de traitement des fuites d’ammoniac conventionnel ;
- la figure 2 représente la structure d’un dispositif de traitement des fuites d’ammoniac de type ASC conventionnel pouvant être intégré à l’architecture de la figure 1 ;
- la figure 3 représente la structure d’un dispositif de traitement des fuites d’ammoniac de type ASC selon l’invention pouvant remplacer le dispositif de traitement des fuites d’ammoniac conventionnel de l’architecture selon la figure 1.
[0036] Les références reprises d’une figure à l’autre désignent des mêmes composants, et les différents composants représentés ne sont pas nécessairement à l’échelle. Les figures restent très schématiques pour en faciliter la lecture.
[0037] Un exemple d’architecture de post-traitement des gaz d’échappement est représenté sur la figure 1 à la façon d’un schéma-bloc. Elle est intégrée à la ligne d’échappement L, elle-même raccordée au collecteur (non représenté) des gaz d’échappement du moteur M. Cette architecture comporte selon le sens d’écoulement des gaz d’échappement (d’amont en aval donc), représenté par la flèche F, un organe 1 catalyseur d’oxydation ou un piège à NOx, une embouchure d’un moyen d’introduction 2 de réducteur (ou d’un précurseur d’agent réducteur), un mélangeur non représenté, un organe SCR dédié 3, un filtre à particules 4 SCRF muni d’un revêtement d’imprégnation SCR et un dispositif de traitement des fuites d’ammoniac 5 qui est l’objet de la présente invention. On prévoit également au moins un capteur de NOx (non représenté) entre le filtre 4 et le dispositif de traitement d’ammoniac 5 et un capteur de température (non représenté) au voisinage du catalyseur d’oxydation 1.
[0038] A noter que l’ensemble de ces organes peut être disposé dans une même enveloppe venant se raccorder à la ligne L. En variante, certains organes peuvent avoir une enveloppe dédiée raccordée à la ligne. Ainsi, on peut regrouper les organes 1 à 4 dans une enveloppe commune, et disposer le dispositif 5 de traitement des fuites d’ammoniac plus loin sur la ligne, dans une enveloppe dédiée.
[0039] On ne rentrera pas dans le détail de la composition ou du fonctionnement des organes 1 à 4, connus en soi et décrits notamment dans les brevets cités en préambule au présent texte.
[0040] On rappelle juste brièvement que la première « brique >> de cette architecture de post-traitement est un organe catalyseur d’oxydation 1, qui oxyde les espèces réductrices que sont le monoxyde de carbone (CO) et les hydrocarbures imbrûlés (HC). Il est constitué d’un support en nid d’abeille de type cordiérite sur lequel est déposée une phase active catalytique (« washcoat >>) contenant des métaux précieux pour catalyser les réactions d’oxydation de CO, HC et NO. Cette phase comporte également des oxydes tels que l’alumine dopée par différents stabilisants (lanthane, cérium, zirconium, titane, silicium, etc...). Sur ces oxydes, des métaux précieux (platine, palladium) sont déposés afin de catalyser les réactions d’oxydation dès les basses températures. Des composés acides tels que des zéolithes sont aussi ajoutés. Leur aptitude au stockage des hydrocarbures à basse température et leur déstockage à haute température permet d’améliorer le traitement des HC lors des phases froides. On peut ajouter à ces fonctions (oxydation du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés et stockage de ces derniers à basse température) une fonction de stockage des oxydes d’azote, NOx également à basse température. Cette fonction de stockage est assurée par l’introduction de matériaux de type oxydes simples ou mixtes à caractère basique tels que par exemple, les oxydes de cérium ou de baryum entre autres.
[0041] Selon un autre mode de réalisation, le catalyseur d’oxydation 1 est remplacé par un piège à NOx. Il est constitué d’un support en nid d’abeille de type cordiérite sur lequel est déposée une phase catalytique comprenant des éléments favorisant le stockage tels que, mais pas uniquement, des oxydes simples ou mixtes de baryum et/ou de magnésium.
[0042] On ne décrit pas en détails ici l’injecteur 2 d’urée, ni le mélangeur (appelé aussi boîte de mélange), déjà décrits et connus, notamment de la demande de brevet WO 2011/089330 précitée. On rappelle juste que la boîte de mélange est alimentée par un injecteur 3, lui-même alimenté par un module jauge-pompe qui puise de l’urée en solution aqueuse dans un réservoir d’environ 20 litres. Cette boîte de mélange assure un mélange suffisant entre les gouttes d’urée et les gaz d’échappement pour assurer la décomposition d’urée en ammoniac dans la ligne d’échappement.
[0043] L’organe dédié SCR 3 et le filtre à particules SCRF 4 traitent les oxydes d’azote NOx par réduction chimique à l’aide de l’ammoniac obtenu par décomposition de l’urée.
[0044] Le catalyseur SCR de l’organe SCR dédié 3 et du filtre à particules 4 est à base de zéolithes au cuivre, comme la chabazite, β, la cuivre-ferriérite, la ZSM5... C’est le meilleur choix, notamment pour que le catalyseur du filtre à particules reste efficace même à très haute température (qu’il résiste aux régénérations du filtre notamment). Le support poreux du filtre 7 est plutôt en carbure de silicium SiC.
[0045] Venons-en maintenant au fonctionnement d’un catalyseur de traitement des fuites en ammoniac 5 conventionnel : la figure 2 représente le principe de fonctionnement et la structure d’un catalyseur de type ASC selon l’art antérieur. Il présente deux couches d’imprégnation d’un substrat, en coupe : une couche C2 qui assure la fonction d’oxydation du NH3en NOx et une couche C1 qui assure la fonction de réduction des NOx par NH3. La composition des catalyseurs de l’ASC 5 est ainsi la suivante : la couche supérieure C1 (celle qui est en contact avec les gaz d’échappement) correspond à un revêtement catalytique de type SCR et la couche inférieure C2 (celle qui est en contact avec les parois du substrat contient des métaux précieux (de préférence du palladium en très faible quantité, entre 0,0177 et 0,1766 kg/m3, (soit entre 0,5 et 5 g/ft3), idéalement entre 0,0353 et 0,0706 kg/m3(soit entre 1 et 2 g/ft3) déposés sur alumine. Le fonctionnement de l’organe 5 ASC est le suivant : l’ammoniac résiduel pénètre dans la couche C1 et se stocke dans cette couche en partie. Le reste de l’ammoniac traverse cette couche C1 et pénètre dans la couche C2 dont les métaux précieux (Pd) favorisent l’oxydation de l’ammoniac NH3 en NOx. Lorsque les NOx ressortent du revêtement catalytique SCR de la couche C2, ils repassent nécessairement par la couche C1 où est stocké le NH3. La réaction de réduction des NOx par le NH3 peut alors avoir lieu. Les NOx sont ainsi convertis en azote (N2) avant de ressortir de ce catalyseur 8. Comme indiqué en préambule de la présente demande, l’organe de traitement des fuites d’ammoniac 5 (ou ASC) perd de son efficacité à traiter l’ammoniac puis à relarguer le N2 résultant de son traitement dès qu’il passe en dessous d’une température de l’ordre de 200°C, et de façon encore plus significative quand il passe en dessous des 150°C. Or certaines conditions de fonctionnement du moteur (démarrage) ou certaines implantations (quand il est déporté assez loin du reste des organes de traitement des gaz d’échappement sur la ligne d’échappement) font qu’il peut se trouver saturé en ammoniac, sans pouvoir le traiter et le relâcher.
[0046] L’invention propose donc un nouveau type de dispositif 6 de traitement des fuites d’ammoniac, qui est illustré à la figure 3. Le dispositif comprend une enveloppe 61 raccordée à chacune de ses extrémités au reste de la ligne d’échappement L par deux cônes de raccordement. Il s’agit dans cet exemple de réalisation d’une enveloppe 61 cylindrique de section supérieure à celle du reste de la ligne d’échappement, d’où le terme de « cône >> employé. Naturellement, l’enveloppe peut aussi être choisie d’une section de forme géométrique différente, par exemple ovale, les « cônes de raccordement >> étant alors à comprendre comme permettant le raccordement entre les deux sections différentes, sans être des troncs de cône au sens strict du terme. Dans cette enveloppe 61, est d’abord disposé un catalyseur chauffé EHC 7, qui comporte un disque conducteur électrique. Il est ici en métal et présente des ouvertures pour laisser passer les gaz : il peut être constitué de réseaux ou d’enroulement de fils métalliques. Il est dans cet exemple constitué de plusieurs enroulements de feuillards métalliques, qui définissent des canaux permettant aux gaz d’échappement de le traverser. Il est très compact (entre 8 et 12 mm, notamment entre 9 et 11 mm d’épaisseur seulement), et alimenté en électricité via une amenée de courant 8 reliée à la source d’alimentation électrique S, qui est l’alternateur du véhicule ou une batterie dédiée. Un interrupteur (non représenté) situé entre l’amenée de courant 8 et la source S est piloté par une unité de contrôle (non représentée). Ce disque est imprégné d’une composition catalytique oxydante typique d’un catalyseur d’oxydation mais à base de platine pour favoriser l’oxydation du NH3 en NOx.
[0047] Des broches 9, isolées sur le plan électrique, viennent assurer un espacement constant entre le disque 7 et l’organe 8 disposé après lui dans l’enveloppe commune 61. Elles assurent la tenue mécanique du disque 7.
[0048] L’organe 8 est un organe SCR, du même type que l’organe SCR 3 dédié décrit plus haut. La composition catalytique est ici de préférence une zéolithe au cuivre, notamment une ferriérite ou une chabazite au cuivre.
[0049] Le mode de fonctionnement du dispositif 6 de traitement des fuites d’ammoniac selon l’invention est donc le suivant : - le catalyseur EHC 7 est imprégné d’une composition contenant du platine pour oxyder l’ammoniac NH3 en NOx , - ce catalyseur EHC est couplé à un catalyseur SCR pour traiter ces NOx en les réduisant en azote N2, et le système de chauffage électrique faisant partie intégrante du catalyseur EHC permet de faire monter en température à la fois le catalyseur d’oxydation (à base de platine ici) et le catalyseur SCR 8 pour pouvoir traiter aussi bien le NH3 que les NOx, si la température au niveau du catalyseur SCR 8 n’est pas assez élevée.
[0050] Le catalyseur chauffé électriquement 7 permet d’oxyder (avec la composition catalytique à base de Pt ) le NH3 en NOx quand les gaz d’échappement sont à des températures trop faibles quand ils parviennent au dispositif 6. On vient ensuite les réduire dans l’organe SCR 8 avec le NH3 déjà stocké, quand l’organe SCR 8 est déjà saturée en NH3 (ou tout au moins proche de la saturation). Si l’organe SCR 8 n’est pas saturé de NH3, le catalyseur chauffé électriquement ne s’active pour que le NH3 présent dans la ligne soit stocké dans la SCR.
[0051] Le pilotage de l’alimentation électrique des moyens chauffants, quelle que soit leur mise en oeuvre, est effectué par une unité de contrôle commande qui vient piloter l’interrupteur ON/OFF entre la batterie et les amenées de courant de ces moyens chauffants. L’unité de contrôle commande ici la fermeture de l’interrupteur tant que la température de l’organe SCR 8 reste au-dessous d’une température seuil, par exemple ici de 200°C (ou toute autre température seuil comprise par exemple dans l’intervalle 2003061742
150°C. Elle commande son ouverture au-dessus de la température seuil choisie, en prenant également en compte si l’organe SCR 8 est saturé ou non en ammoniac.
[0052] La température de l’organe SCR 8 peut se faire par un capteur de température connecté à l’unité de contrôle et se trouvant soit à proximité immédiate de l’organe SCR, 5 soit nettement plus en amont, au voisinage du catalyseur d’oxydation 1 avec une correction de température qui est alors faite selon un modèle embarqué dans l’unité de contrôle par rapport à la température effectivement mesurée. La température peut également être renseignée à l’unité de contrôle commande sous forme d’une cartographie embarquée dans l’unité de contrôle ou estimée par l’unité de contrôle commande elle10 même en fonction des conditions de fonctionnement du moteur M.
[0053] Le degré de saturation en ammoniac de l’organe SCR 8 est estimé par l’unité de contrôle à l’aide d’un modèle.
[0054] En conclusion, grâce au dispositif de traitement des fuites d’ammoniac de l’invention, il est non seulement possible de répondre aux exigences croissantes des 15 futures normes, notamment en ce qui concerne les niveaux d’émission de NOx, mais il est également possible de réduire les rejets d’ammoniac en bout de ligne d’échappement de façon extrêmement efficace, même quand les conditions, tout particulièrement thermiques, de fonctionnement de l’organe de traitement ne sont pas favorables.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Dispositif (6) de post-traitement des gaz d’échappement d’un moteur thermique pour traiter les fuites en ammoniac, caractérisé en ce qu’il comprend successivement un catalyseur chauffé électriquement EHC (7) comprenant une composition catalytique oxydante et un catalyseur de réduction catalytique sélective SCR (8).
- 2. Dispositif (6) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le catalyseur chauffé électriquement EHC (7) comprend des moyens d’amenée de courant pilotables (8).
- 3. Dispositif (6) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le catalyseur chauffé électriquement EHC (7) comporte une matrice minérale conductrice électriquement, notamment métallique, destinée à être traversée par les gaz d’échappement et qui est reliée à des moyens d’amenée de courant (8) pilotables.
- 4. Dispositif (6) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la matrice minérale est imprégnée et/ou recouverte au moins partiellement par une composition catalytique oxydante.
- 5. Dispositif (6) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition catalytique oxydante comprend du platine et/ou du palladium.
- 6. Dispositif (6) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le catalyseur de réduction catalytique sélective SCR (8) comprend une composition catalytique comportant au moins une zéolithe au cuivre ou au fer, comme la ferriérite au cuivre ou au fer ou comme la chabazite au cuivre ou au fer, et de préférence une zéolithe au cuivre.
- 7. Dispositif (6) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une enveloppe unique (61) dans laquelle sont disposés successivement le catalyseur chauffé électriquement EHC (7) et le catalyseur de réduction catalytique sélective SCR (8).
- 8. Dispositif (6) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le catalyseur chauffé électriquement EHC (7) est apte à oxyder l’ammoniac en oxyde d’azote, et en ce que le catalyseur de réduction catalytique sélective SCR (8) est apte à réduire les oxydes d’azote en azote.
- 9. Ensemble comprenant le dispositif de post-traitement (6) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend aussi : - des moyens5 électriques comportant une source électrique (S) connectée à des moyens d’amenées de courant (8) du catalyseur chauffé électriquement EHC (7), et - une unité de contrôle pilotant l’alimentation électrique des moyens d’amenées de courant en fonction de la température de l’un ou l’autre des catalyseurs (7,8), et éventuellement également en fonction du degré de saturation en ammoniac du catalyseur de réduction 10 catalytique sélective SCR (8).
- 10. Procédé de mise en oeuvre de l’ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’unité de contrôle active l’alimentation électrique des moyens d’amenée de courant (8) quand le catalyseur de réduction catalytique sélective SCR (8) est saturé en ammoniac et quand il se trouve à une température inférieure ou égale
- 15 à une température seuil, par exemple égale à 200° Cou à 180 °C ou à 150 °C.1/1
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