FR3072417A1 - Catalyseur d'oxydation a chauffage electrique d'une ligne d'echappement de moteur thermique - Google Patents

Catalyseur d'oxydation a chauffage electrique d'une ligne d'echappement de moteur thermique Download PDF

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Abstract

L'invention porte principalement sur un catalyseur d'oxydation (4) à chauffage électrique destiné à être monté sur une ligne d'échappement (2) d'un moteur thermique (1), ledit catalyseur d'oxydation (4) comportant: - un élément chauffant (12), et - une matrice (13), caractérisé en ce que: - un des deux composants parmi l'élément chauffant (12) et la matrice (13) est imprégné de palladium, et - l'autre composant parmi l'élément chauffant (12) et la matrice (13) est imprégné de palladium et de platine.

Description

[0001] La présente invention porte sur un catalyseur d'oxydation à chauffage électrique d'une ligne d'échappement de moteur thermique. L'invention a également pour objet la ligne d'échappement pourvue du catalyseur d'oxydation ainsi que le véhicule automobile équipé d'une telle ligne d'échappement.
[0002] Les gaz d'échappement des moteurs diesel contiennent des éléments polluants, dont il est préférable de limiter les rejets dans l'atmosphère. Ces polluants sont principalement des hydrocarbures imbrûlés (HC), des oxydes d'azote NOx (monoxyde d'azote NO et dioxyde d'azote NO2), des oxydes de carbone (dont le monoxyde de carbone CO), des oxydes de soufres (SO2), et des particules de suie. Ces éléments chimiques, notamment les oxydes d'azote, peuvent être néfastes pour l'environnement et pour la santé, et doivent être traités avant leur rejet dans l'atmosphère.
[0003] A cette fin, divers dispositifs de dépollution sont implantés sur la ligne d'échappement, afin de traiter les gaz d'échappement et ainsi réduire les émissions polluantes des véhicules utilisant, en totalité ou en partie, le gasoil comme carburant.
[0004] Ces dispositifs de dépollution, disposés le long de la ligne d'échappement, comprennent typiquement un catalyseur d'oxydation, dénommé Catox ou DOC (acronyme pour Diesel Oxydation Catalyst en anglais), configuré pour oxyder certains constituants des gaz d'échappement.
[0005] En outre, un dispositif de réduction catalytique sélective SCR (acronyme pour Sélective Catalytic Réduction en anglais), permet de réduire la quantité des oxydes d'azote NOx. Un filtre à particules est également utilisé pour piéger des particules contenues dans les gaz d'échappement, notamment sous forme de suies.
[0006] Diverses réactions chimiques interviennent dans le catalyseur d'oxydation DOC, les trois réactions principales étant la transformation de l'oxyde d'azote (NO) en dioxyde d'azote (NO2), du monoxyde de carbone (CO) en dioxyde de carbone (CO2), et des hydrocarbures (HC) en dioxyde de carbone (CO2) et en eau. Ces réactions étant fortement exothermiques, le catalyseur d'oxydation DOC permet en outre un réchauffage du filtre à particules pour faciliter la régénération thermique et un réchauffage du catalyseur SCR pour en améliorer l'efficacité.
[0007] Ces réactions d'oxydation sont catalysées, typiquement par des catalyseurs comprenant un métal tel que le platine. Toutefois, les catalyseurs d'oxydation DOC peuvent catalyser d’autres réactions non souhaitées et produire d’autres polluants et/ou gaz à effet de serre. En particulier, dans le cas où la matrice du catalyseur d'oxydation DOC est imprégnée de platine, on observe une formation de protoxyde d'azote (N2O) qui présente un grand effet de serre (300 fois supérieur au dioxyde de carbone) du fait de l'interaction entre les hydrocarbures et oxydes d'azote avec le platine.
[0008] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un catalyseur d'oxydation à chauffage électrique destiné à être monté sur une ligne d'échappement d'un moteur thermique, ledit catalyseur d'oxydation comportant:
- un élément chauffant, et
- une matrice, caractérisé en ce que:
- un des deux composants parmi l'élément chauffant et la matrice est imprégné de palladium (Pd), et
- l'autre composant parmi l'élément chauffant et la matrice est imprégné de palladium (Pd) et de platine (Pt).
[0009] L'imprégnation d'un composant par le palladium (Pd) permet d'oxyder du monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures (HC) pour limiter une formation de protoxyde d'azote (N2O), tandis que l'imprégnation de l'autre composant par le palladium (Pd) et le platine (Pt) permet d'oxyder du monoxyde d'azote (NO) en dioxyde d'azote (NO2). L'invention permet ainsi d'augmenter l’efficacité de traitement des oxydes d'azote, tout en limitant la formation de protoxyde d'azote (N2O).
[0010] Selon une réalisation, le composant imprégné de palladium (Pd) est le composant situé le plus en amont par rapport à l'autre composant suivant un sens d'écoulement de gaz d'échappement.
[0011] Selon une réalisation, l'élément chauffant est imprégné de palladium (Pd) et la matrice est imprégnée de palladium (Pd) et de platine (Pt).
[0012] Selon une réalisation, la matrice est imprégnée de palladium (Pd) et l'élément chauffant est imprégné de palladium (Pd) et de platine (Pt).
[0013] Selon une réalisation, l'élément chauffant comporte un disque métallique destiné à être alimenté via des électrodes par un courant électrique pour chauffer les gaz d'échappement.
[0014] Selon une réalisation, la matrice est maintenue au disque métallique par l’intermédiaire de broches isolées.
[0015] Selon une réalisation, la matrice comporte un substrat métallique.
[0016] Selon une réalisation, l'élément chauffant et la matrice sont disposés à l'intérieur d'une même enveloppe.
[0017] L'invention a également pour objet une ligne d'échappement d'un moteur thermique comportant un système de dépollution ayant un système de réduction catalytique sélective adapté à injecter un réducteur dans ladite ligne d'échappement, un filtre à particules, et un catalyseur d'oxydation à chauffage électrique tel que précédemment défini.
[0018] L'invention a également pour objet un véhicule automobile comportant une ligne d'échappement telle que précédemment définie.
[0019] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
[0020] La figure 1 est une représentation schématique d'une ligne d'échappement munie d'un système de dépollution des gaz d'échappement comportant un catalyseur d'oxydation à chauffage électrique selon la présente invention;
[0021] La figure 2 est une représentation schématique plus détaillée du catalyseur d'oxydation à chauffage électrique selon l'invention muni d'un élément chauffant;
[0022] La figure 3 est une représentation schématique d'une variante de réalisation du catalyseur d'oxydation à chauffage électrique selon l'invention.
[0023] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent les mêmes références d'une figure à l'autre.
[0024] Sur la figure 1 est représenté un moteur thermique 1, notamment de véhicule automobile, associé à une ligne d'échappement 2. Par ligne d'échappement 2, on entend une tubulure placée en sortie du moteur thermique 1 du véhicule qui permet d'évacuer les gaz d'échappement issus de la combustion interne du moteur 1.
[0025] La ligne d'échappement 2 débute à la sortie des chambres de combustion du moteur 1 par un collecteur d'échappement. Ce collecteur d'échappement permet de collecter les gaz d'échappement éjectés des chambres de combustion du moteur 1, pour les réunir dans un conduit débouchant dans l'atmosphère.
[0026] Le long de la ligne d'échappement 2, les gaz subissent plusieurs traitements de dépollution, afin qu'en soient au moins partiellement extraits certains éléments nocifs pour l'environnement.
[0027] A cette fin, la ligne d'échappement 2 comprend un système de dépollution 3. Le système de dépollution 3 comporte un catalyseur d'oxydation 4 Diesel (ou DOC pour Diesel Oxidation Catalyst) permettant l'oxydation du monoxyde d'azote (NO) en dioxyde d'azote (NO2), du monoxyde de carbone (CO) en dioxyde de carbone (CO2), et des hydrocarbures (HC) en dioxyde de carbone (CO2) et en eau.
[0028] Un système de réduction catalytique sélective (ou système SCR pour Sélective Catalytic Réduction en anglais) est adapté à injecter un agent réducteur dans la ligne d’échappement 2 afin de transformer les oxydes d’azote (NOx) rejetés par le moteur 1 en azote et en eau. A cet effet, un injecteur 6 de réducteur est associé à une boîte de mélange 7 visant à homogénéiser le mélange entre les gaz d'échappement et l'agent réducteur avant de pénétrer dans un catalyseur 5 du système SCR. L'agent réducteur prend avantageusement la forme d'urée qui se décompose en ammoniac et en dioxyde de carbone sous l'effet de la chaleur.
[0029] Un filtre à particules 8 à base d'une matrice céramique poreuse permet de piéger des particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies à base de carbone, et/ou de gouttelettes d'huile.
[0030] Le cas échéant, il est possible de mettre en oeuvre un catalyseur 9 de réduction (ou ASC pour Ammonia Slip Catalyst en anglais) pour supprimer l'ammoniac en excès dans les gaz d'échappement.
[0031] Un calculateur 10 (ou ECU pour Engine Control Unit en anglais) associé à une mémoire 11 assure notamment la commande du moteur thermique 1, ainsi qu'une gestion des différents éléments fonctionnels 4, 5, 6, 8, 9.
[0032] Plus précisément, le catalyseur d'oxydation 4 comporte un élément chauffant 12 disposé en amont d'une matrice 13 suivant un sens d'écoulement de gaz d'échappement. L'élément chauffant 12 est destiné à être activé au démarrage du moteur thermique 1, et ce, pendant une certaine durée pour permettre l’augmentation de la température en amont du système SCR. Avantageusement, l'élément chauffant 12 et la matrice 13 sont disposés à l'intérieur d'une même enveloppe.
[0033] Comme cela est représenté sur la figure 2, l'élément chauffant 12 comporte un disque métallique alimenté via des électrodes 14 par un courant électrique pour chauffer les gaz d'échappement. La matrice 13 comprend un substrat métallique et est maintenue au disque par l’intermédiaire de broches isolées 15.
[0034] Selon un premier mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, l'élément chauffant 12 est imprégné de palladium (Pd) de manière à oxyder du monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures (HC) pour limiter une formation de protoxyde d'azote (N2O).
[0035] La matrice 13 est imprégnée de palladium (Pd) et de platine (Pt) de manière à oxyder du monoxyde d'azote (NO) en dioxyde d'azote (NO2). Cela permet d'améliorer l'efficacité du système SCR.
[0036] Selon un deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 3, la matrice 13 est disposée en amont de l'élément chauffant 12. Dans ce cas, la matrice 13 est imprégnée de palladium (Pd) et l'élément chauffant 12 est imprégné de palladium (Pd) et de platine (Pt). L'inconvénient d'une telle configuration est que le catalyseur d'oxydation 4 s'activera plus tard que celui du premier mode de réalisation des figures 1 et 2.
REVENDICATIONS

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Catalyseur d'oxydation (4) à chauffage électrique destiné à être monté sur une ligne d'échappement (2) d'un moteur thermique (1), ledit catalyseur d'oxydation (4) comportant:
    - un élément chauffant (12), et
    - une matrice (13), caractérisé en ce que:
    - un des deux composants parmi l'élément chauffant (12) et la matrice (13) est imprégné de palladium (Pd), et
    - l'autre composant parmi l'élément chauffant (12) et la matrice (13) est imprégné de palladium (Pd) et de platine (Pt).
  2. 2. Catalyseur d'oxydation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant imprégné de palladium (Pd) est le composant situé le plus en amont par rapport à l'autre composant suivant un sens d'écoulement de gaz d'échappement.
  3. 3. Catalyseur d'oxydation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément chauffant (12) est imprégné de palladium (Pd) et la matrice (13) est imprégnée de palladium (Pd) et de platine (Pt).
  4. 4. Catalyseur d'oxydation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matrice (13) est imprégnée de palladium (Pd) et l'élément chauffant (12) est imprégné de palladium (Pd) et de platine (Pt).
  5. 5. Catalyseur d'oxydation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément chauffant (12) comporte un disque métallique destiné à être alimenté via des électrodes (14) par un courant électrique pour chauffer les gaz d'échappement.
  6. 6. Catalyseur d'oxydation selon la revendication 5, caractérisé en ce que la matrice (13) est maintenue au disque métallique par l’intermédiaire de broches isolées (15).
  7. 7. Catalyseur d'oxydation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la matrice (13) comporte un substrat métallique.
  8. 8. Catalyseur d'oxydation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément chauffant (12) et la matrice (13) sont disposés à l'intérieur d'une même enveloppe.
  9. 9. Ligne d'échappement (2) d'un moteur thermique (1) comportant un système de
    5 dépollution (3) ayant un système de réduction catalytique sélective adapté à injecter un réducteur dans ladite ligne d'échappement (2), un filtre à particules (8), et un catalyseur d'oxydation (4) à chauffage électrique tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
  10. 10. Véhicule automobile comportant une ligne d'échappement (2) telle que définie selon 10 la revendication 9.
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WO2021023741A1 (fr) 2019-08-08 2021-02-11 Johnson Matthey Public Limited Company Système comprenant un moteur à allumage par compression de véhicule et dispositif de régulation des émissions comprenant un élément pouvant être chauffé électriquement
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