WO2008125768A1 - Ligne d'echappement d'un vehicule de type diesel et vehicule comportant une telle ligne d'echappement - Google Patents

Ligne d'echappement d'un vehicule de type diesel et vehicule comportant une telle ligne d'echappement Download PDF

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WO2008125768A1
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diesel
fuel
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Gilbert Blanchard
Romain Lauvergne
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Peugeot Citroën Automobiles SA
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    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • Exhaust line of a diesel type vehicle and vehicle comprising such an exhaust line
  • the present invention relates to an exhaust line for a diesel type internal combustion engine comprising exhaust gas treatment means for the reduction of nitrogen oxide emissions. It also relates to a vehicle equipped with such an exhaust line.
  • the exhaust gases emitted by internal combustion engines comprise a number of compounds that are more or less harmful to the environment, among which nitrogen oxides, generally defined by the NOx formula, which it is important to to meet environmental standards that tend towards increasingly severe levels.
  • NSR NOx Storage Reduction
  • This technique involves trapping the nitrogen oxides produced during the operating phases of the engine in a lean regime and temporarily switching the richness to promote the destocking and reduction reaction.
  • a material based on alkali or alkaline earth metal is typically used, for example barium, metal oxides, especially precious metal oxides, such as platinum, for their part.
  • the major disadvantage of the NSR technology is the sensitivity of NOx traps to certain poisons, starting with the sulfur present in greater or lesser amounts in gas oils, with in particular an accumulation of barium sulfate in the sites. adsorption, which in the long run, deprives the trap of any effectiveness.
  • the use of NOx traps poses a dual problem of durability and penalization of fuel qualities, depending in particular on the quality of refining and the origin of refined petroleum products.
  • the other major research path is based on the selective reduction of nitrogen oxides by ammonia, with the formation of di-nitrogen and water vapor. This technique is implemented using so-called SCR catalysts (acronym for the Anglo-Saxon Selective Catalytic Reduction terms).
  • This technique involves the presence of a source of ammonia, usually a compound such as urea or a derivative of urea. Special precautions must be taken to store urea because even though urea is not harmful to the environment, it is very corrosive.
  • the SCR catalysts are active only in certain temperature ranges below which the gases are not treated, which is therefore the case at home. starting a vehicle when the engine is still "cold".
  • the treatment can be interrupted when the temperature of the exhaust gas is particularly high, which can also be imposed by the regeneration reactions of the particulate filters intended for their part to limit the unburned hydrocarbon discharges more particularly emitted by engines using a diesel-based fuel as of course diesel engines.
  • these catalysts are only really effective if the ammonia is present exactly in the appropriate amount, that is to say in a stoichiometric amount.
  • the ammonia emissions are themselves prohibited which forces to equip the exhaust line with a specific after-treatment catalyst.
  • the invention proposes an exhaust line of a vehicle comprising a diesel-type internal combustion engine comprising a catalytic system promoting the reduction of nitrogen oxides and means for supplying a fuel. mixture of hydrocarbons and alcohol in the catalytic system.
  • the invention is based on the finding that a very surprisingly, catalysts known to promote the reduction of nitrogen oxides in particular by reaction with ammonia were active at very low temperatures, including from about 200 0 C when alcohol was used, and more particularly when a biofuel substitute for gasoline, based on bioethanol, was used.
  • the biofuel based on bioethanol is a mixture of hydrocarbons, or preferably a petrol cut of the refining of a petroleum product and bioethanol, and particularly preferably the so-called E85 biofuel marketed in particular in Europe. and in the United States as a substitute for gasoline intended primarily for spark-ignition engines and consisting in volume of approximately 15% gasoline and 85% ethanol.
  • ethanol volume fraction is not in fact pure ethanol, practically impossible to produce in industrial quantities at a reasonable cost, so that the fuel comprises in fact a volume fraction of between about 70% and about 83% ethanol; moreover, different additives may be included in the marketed fuels, as is customary for all fuels but which modify only marginally the formulation of the fuel.
  • the use of commercial "green" fuels has the dual advantage of a product available in many service stations and already approved. This is a major advantage over the use of urea or other ammonia precursor compound, as biofuels are generally non-polluting, even in the case of accidental spraying.
  • urea or other ammonia precursor compound as biofuels are generally non-polluting, even in the case of accidental spraying.
  • the results of the work done in recent years to overcome the consequences of the slightly corrosive nature of fuels rich in ethanol can be very widely applied in the context of the invention.
  • the "ethanol" fraction of the E85 fuel may contain small amounts of saturated C3-C5 monoalcohols, especially 2-butanol, 1-propanol, 2-methylpropanol - 1, butanol - 1, propan - 2 - ol - 1, 2 - methyl - butanol - 1 and 3 - methyl - 1 - butanol, and also trace amounts of C6 - C8 alcohols, the limiting content for all these impurities being normally the order of 2% by mass.
  • this "ethanol” fraction also contains minimal quantities of methanol and water.
  • ethanol is to be understood throughout this specification as referring to the "ethanol” fraction of a biofuel, including the impurities inherent in the manufacturing processes, and underlining that the standards applicable to Fuels are not necessarily as stringent as the standards for the production of alcohol for food or pharmacological use.
  • the exhaust line according to the invention is essentially identical to an exhaust line with a so-called SCR catalyst, except that the injection means of a reducing agent are designed not to inject ammonia obtained from a precursor such as urea but to inject a green fuel directly.
  • the supply of fuel into the exhaust line is obtained by injection means for fuel injection just upstream of the so-called NOx catalyst (or directly therein), this to ensure that the ethanol has essentially not reacted, especially not burned, to the exhaust gas contacts, the objective not being an increase in the temperature of the exhaust gas at the inlet of the Nox catalyst but of allow a reaction of the type:
  • oxidation catalyst upstream of the Nox catalyst it may also be advantageous to provide an oxidation catalyst upstream of the Nox catalyst, the injection then being preferably carried out downstream of the oxidation catalyst whose main role is to contribute to a temperature rise of exhaust gases which are recalled are relatively cold in diesel engines (a temperature rise of, for example, between approximately 50 ° C. and 100 ° C., which can make it possible to reach temperatures of the order of 25 ° C. to 35 ° C. C for example), temperatures that remain nevertheless far removed from the temperatures of 400 0 C recommended by many authors for the reduction of nitrogen oxides from hydrocarbons such as propane.
  • the method according to the invention is such that:
  • the exhaust line further comprises a particulate filter placed, with reference to the flow direction of the exhaust gas, downstream of the catalytic system promoting the reduction of nitrogen oxides;
  • the catalytic system comprises a support based on a metal oxide, in particular an aluminate, or a silicate or a metal-bearing aluminosilicate, preferably chosen from silver, cobalt, tin, zinc or indium; the catalytic system is chosen from a system based on rhodium and / or iridium on titanium oxide, based on silver, cobalt, tin and / or indium on alumina, based on iridium on silica or copper oxide on zeolite, for example a zeolite ZSM5.
  • a metal oxide in particular an aluminate, or a silicate or a metal-bearing aluminosilicate, preferably chosen from silver, cobalt, tin, zinc or indium
  • the catalytic system is chosen from a system based on rhodium and / or iridium on titanium oxide, based on silver, cobalt, tin and / or
  • the invention also relates to a vehicle equipped with a diesel-type internal combustion engine, fueled from a fuel tank of a diesel-type fuel, and an exhaust line comprising a catalytic system promoting the reduction of nitrogen oxides and means for supplying a mixture of hydrocarbons and alcohol in the catalytic system, this mixture being stored in a separate reserve of the diesel fuel type fuel tank.
  • diesel type fuel should be understood as also including diesel fuels such as esters obtained from oil of plant or animal origin, commonly known as biodiesel. These esters are obtained by a transesterification reaction with a light alcohol and fat, and are used as fuel either in the pure state or mixed in amounts of for example 2% (B2), 5% (B5) or 20%. % (B20).
  • rapeseed methyl ester EMC
  • other methyl esters obtained in particular from peanut oil, safflower, coconut, cotton, jojoba, shea, flax, corn, walnuts Olive, palm, castor, sesame, soya or sunflower (EMT) are also available depending on the availability of local agriculture.
  • the engine M is supplied with oxidant, in practice oxygen supplied by the air A and diesel type fuel stored in a tank G.
  • the combustion gases, or exhaust gas are discharged via a exhaust line L, a fraction of them being generally reinjected at admission, as shown schematically by the dashed line.
  • a turbine is generally provided in the exhaust line, relatively close to the engine, associated with a compressor for the intake gases.
  • the exhaust line illustrated in Figure 1 comprises successively a catalyst of Nox D and a particle filter F, typically preceded by an oxidation catalyst C to bring the temperature of the exhaust gas to the temperature of combustion of soot.
  • the presence of the particulate filter is not critical for the reduction of nitrogen oxides but it goes without saying that in order to reduce the emissions of harmful gases, including unburned hydrocarbons, the presence of a such filter is practically obligatory.
  • E85 type fuel or equivalent preferably high ethanol content is injected from a reserve E.
  • the injection means may be similar injectors to those employed in conventional gasoline engines.
  • a further E85 fuel supply upstream is also possible if the conditions are such that the ethanol is essentially unburned before reaching the Nox catalyst.
  • Means may optionally be provided between the engine and the deoxyl catalyst to heat the exhaust gas and achieve greater reaction kinetics in the catalyst, for example oxidation catalysts type means.
  • the amount of biofuel required for the catalytic reduction is incommensurate with the fuel consumption of the engine itself. So even if a motorist can very simply supplement the reducing agent tank by a simple passage to a service station, it is possible, or even preferable, that access to this specific tank requires the opening of the engine hood (at the like what is done when lubricating oil is supplied) or the trunk of the vehicle if the tank is placed in it (like a spare wheel), this obviously minimize the risk of fuel error.
  • Keying type means, based on a mechanical system preventing for example the introduction of a gun with a diameter too large or too small, or based on a sensor capable of identifying the nature of the fuel, will advantageously be provided.
  • the invention allows - at least to a very large extent - not to subordinate, even temporarily, the control of the engine combustion exhaust gas treatment means. This is all the more true if the reducing agent reservoir is also used to feed an injector placed directly in the exhaust line so as to facilitate the regeneration of a particulate filter.
  • patent EP132166 proposes to use a burner fed with a compound of the methanol or ethanol type for the combustion of soot clogging a particulate filter.
  • Zinc aluminate systems known from WO 99/01210 or rhodium-based systems on a titanium oxide support are particularly noteworthy, as described in document WO 2004 0222205.
  • silver-based catalyst systems on an alumina support such as marketed in particular by RIKEN, or catalytic systems based on zeolites as described in EP459396.
  • the diesel engine exhaust gases contain a complex mixture of unburned hydrocarbons, among which methane, propane, propene and decane can, among other things, be considered as hydrocarbons representative of the exhaust. engine.
  • unsaturated light hydrocarbons such as propene
  • propane saturated counterparts
  • deNOx activity has indeed been observed on Pd / CeO.68ZrO.3202 catalysts with propane as a reducing agent, whereas their effectiveness has been demonstrated with propene. This lack of activity using propane as a reducing agent has been attributed to the late activation of the hydrocarbon.

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Abstract

L'invention a pour objet une ligne d'échappement (L) d'un véhicule comportant un moteur (M) à combustion interne de type diesel comportant un système catalytique (D) favorisant la réduction des oxydes d'azote et des moyens d'apport d'un mélange d'hydrocarbures et d'alcool (E) au niveau du système catalytique. Elle a également pour objet un véhicule équipé d'une telle ligne d'échappement (L) et comportant deux réservoirs carburant, un premier réservoir (G) pour le gazole brûlé par le moteur et un second carburant destiné tout particulièrement à un carburant du type E85 (E), destiné à la réduction des oxydes d'azote.

Description

Ligne d'échappement d'un véhicule de type Diesel et véhicule comportant une telle ligne d'échappement
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française 0753727 déposée le 08/03/2007 dont le contenu (description, revendications et dessins) est incorporé ici par référence.
Domaine technique
[0002] La présente invention concerne une ligne d'échappement pour un moteur à combustion interne du type Diesel comportant des moyens de traitement des gaz d'échappement visant à la réduction des émissions d'oxyde d'azote. Elle a également pour objet un véhicule équipé d'une telle ligne d'échappement.
Etat de la technique antérieure
[0003] Les gaz d'échappement émis par les moteurs à combustion interne comportent un certain nombre de composés plus ou moins nocifs pour l'environnement, parmi lesquels des oxydes d'azote, généralement définis par la formule NOx, qu'il importe de traiter pour satisfaire les normes environnementales qui tendent vers des niveaux de plus en plus sévères.
[0004] La technique de traitement la plus commune est basée sur des catalyseurs dits trois voies qui utilisent stœchiométriquement les gaz réducteurs présents dans le mélange. Toutefois, les performances de ces catalyseurs se dégradent très rapidement si l'oxygène est présent en excès. Or, tel est précisément dans nombre de motorisations, à commencer par les motorisations dites Diesel qui utilisent des mélanges dits pauvres c'est-à-dire avec un déficit de carburant par rapport à la stœchiométrie de la réaction de combustion de sorte que la technologie des catalyseurs trois voies est en pratique l'exclusive des motorisations « essence » avec des moteurs à allumage commandé.
[0005] Pour ces moteurs fonctionnant en mélange pauvre, les travaux se sont concentrés essentiellement sur deux technologies. [0006] Une des deux grandes voies technologiques explorées ces dernières années est la technologie dite NSR (acronyme anglo-saxon des termes NOx Storage Réduction). Cette technique consiste à piéger les oxydes d'azote produits pendant les phases de fonctionnement du moteur en régime pauvre et à basculer temporairement la richesse pour promouvoir la réaction de déstockage et de réduction. Pour piéger les oxydes d'azote on utilise typiquement un matériau à base d'alcalins ou d'alcalino-terreux, à l'exemple du baryum, des oxydes métalliques, notamment des oxydes de métaux précieux comme le platine assurant pour leur part la fonction d'oxydation des NOx en dioxyde d'azote, dioxyde d'azote qui à son tour, est réduit en di-azote par un autre matériau catalytique, à l'exemple du rhodium, lors des phases de fonctionnement en mélange riche.
[0007] L'inconvénient majeur de la technologie NSR est la sensibilité des pièges à NOx à certains poisons, à commencer par le soufre présent en plus ou moins grande quantité dans les gazoles, avec en particulier une accumulation de sulfate de baryum dans les sites d'adsorption, qui à la longue, prive le piège de toute efficacité. De ce fait, l'emploi de pièges à NOx pose un double problème de durabilité et de pénalisation au niveau des qualités de carburant, en fonction notamment de la qualité du raffinage et de l'origine des produits pétroliers raffinés.
[0008] L'autre grande voie de recherche, généralement considérée comme la plus mature, est basée sur la réduction sélective des oxydes d'azote par l'ammoniac, avec la formation de di-azote et de vapeur d'eau. Cette technique est mise en œuvre au moyen de catalyseurs dits SCR (acronyme des termes anglo-saxons Sélective Catalytic Réduction).
[0009] Cette technique suppose la présence d'une source d'ammoniac, le plus souvent un composé tel l'urée ou un dérivé de l'urée. Des précautions particulières doivent être prises pour stocker l'urée car même si l'urée n'est pas nocive pour l'environnement, elle est très corrosive.
[0010] Mais l'inconvénient premier de cette technologie reste toutefois que les catalyseurs SCR ne sont actifs que dans certaines plages de température en dessous desquelles les gaz ne sont pas traités, ce qui est donc le cas au démarrage d'un véhicule, lorsque le moteur est encore « froid ». Corollairement, le traitement peut être interrompu lorsque la température des gaz d'échappement est particulièrement élevée ce qui peut être par ailleurs imposé par les réactions de régénération des filtres à particules destinés pour leur part à limiter les rejets d'hydrocarbures imbrûlés plus particulièrement émis par les motorisations utilisant un carburant à base de gazole comme bien sûr les moteurs Diesel. Par ailleurs, ces catalyseurs ne sont vraiment efficaces que si l'ammoniac est présent exactement dans la quantité idoine c'est-à-dire en quantité stoechiométrique. De plus, les émissions d'ammoniac sont elles-mêmes proscrites ce qui contraint à équiper la ligne d'échappement d'un catalyseur de post-traitement spécifique.
[0011] De très nombreux travaux ont été effectués pour tenter d'améliorer en particulier les différents catalyseurs pour la réduction catalytique des NOx. Les deux systèmes catalytiques les plus étudiés sont d'une part les catalyseurs supportés sur zéolithe qui ont montré des limitations en termes de stabilité hydrothermale, et d'autre part les catalyseurs à base de métaux nobles sur support alumine, par exemple du type Pt-AL2O3, qui pour leur part, tendent à être trop peu sélectifs, avec donc un taux de conversion du dioxyde d'azote très inférieur au taux de conversion du monoxyde d'azote.
[0012] II subsiste donc clairement un besoin pour des systèmes permettant de traiter les gaz d'échappement pour réduire les oxydes d'azote de façon fiable, et le plus rapidement possible après le démarrage du véhicule.
[0013] A cet effet, l'invention propose une ligne d'échappement d'un véhicule comportant un moteur à combustion interne de type diesel comportant un système catalytique favorisant la réduction des oxydes d'azote et des moyens d'apport d'un mélange d'hydrocarbures et d'alcool au niveau du système catalytique.
[0014] L'invention repose sur le constat que d'une façon très surprenante, des catalyseurs connus pour favoriser la réduction des oxydes d'azote notamment par réaction avec de l'ammoniac étaient actifs à très basse température, notamment dès environ 2000C lorsque de l'alcool était utilisé, et plus particulièrement lorsqu'un biocarburant de substitution à l'essence, à base de bioéthanol, était utilisé. [0015] Le biocarburant à base de bioéthanol est un mélange d'hydrocarbures, ou de façon préférée d'une coupe essence du raffinage d'un produit pétrolier et de bioéthanol, et de façon tout particulièrement préférée le biocarburant dit E85 commercialisé notamment en Europe et aux Etats-Unis en substitution de l'essence destinée principalement aux moteurs à allumage commandé et constitué en volume d'environ 15% d'essence et de 85% d'éthanol. A noter que la fraction volumique dite d'éthanol n'est en fait pas constituée d'éthanol pur, pratiquement impossible à produire en quantité industrielle à un coût raisonnable, de sorte que le carburant comporte en fait une fraction volumique comprise entre environ 70% et environ 83% d'éthanol ; de plus différents additifs peuvent être inclus dans les carburants commercialisés, comme il est d'usage pour tous les carburants mais qui ne modifient que de façon marginale la formulation du carburant. Il peut être souligné que l'utilisation de carburants « verts » commerciaux présente le double avantage d'un produit disponible dans de nombreuses stations services et déjà homologué. Ceci constitue un avantage majeur par rapport à l'utilisation d'urée ou d'autre composé précurseur de l'ammoniac, les biocarburants étant généralement comme non polluants, même en cas d'épandage accidentel. De plus, il va de soi que les résultats des travaux effectués ces dernières années pour pallier les conséquences du caractère légèrement corrosif des carburants riches en éthanol peuvent être très largement appliqués dans le cadre de l'invention.
[0016] Compte tenu des procédés de production, la fraction « éthanol » du carburant E85 peut contenir de petites quantités de mono-alcools saturés en C3- C5, notamment du butanol-2, du propanol-1 , du methyl - 2 propanol - 1 , butanol - 1 , propan - 2 ol - 1 , methyl - 2 butanol -1 et du methyl - 3 butanol - 1 , et également des traces d'alcools en C6-C8, la teneur limite pour toute ces impuretés étant normalement de l'ordre de 2% en masse. Par ailleurs, cette fraction « éthanol » comporte également des quantités minimes de méthanol et d'eau. Ces précisions données, le terme « éthanol » doit être entendu dans l'ensemble de ce mémoire comme désignant la fraction « éthanol » d'un biocarburant, en incluant les impuretés inhérentes aux procédés de fabrication, et en soulignant que les normes applicables pour les carburants ne sont pas nécessairement aussi sévères que les normes applicables à la production d'alcool à usage alimentaire ou pharmacologique. [0017] La ligne d'échappement selon l'invention est donc pour l'essentiel identique à une ligne d'échappement avec un catalyseur dit SCR, si ce n'est que les moyens d'injection d'un agent réducteur sont conçus non pour injecter de l'ammoniac obtenu à partir d'un précurseur tel que de l'urée mais pour injecter directement un carburant vert. De façon préférée, l'apport de carburant dans la ligne d'échappement est obtenu par des moyens d'injection permettant une injection de carburant juste en amont du catalyseur dit deNOx (ou directement dans celui-ci), ceci pour garantir que l'éthanol n'a pour l'essentiel pas réagi, notamment pas brûlé, aux contacts des gaz d'échappement, l'objectif n'étant pas une augmentation de la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur deNox mais bien de permettre une réaction du type :
C2H5OH + 2NO + 2O2 -> 2CO2 + N2 + 3H2O
[0018] II peut être également avantageux de prévoir un catalyseur d'oxydation en amont du catalyseur deNox, l'injection étant alors de préférence effectuée en aval de ce catalyseur d'oxydation dont le rôle principal est de contribuer à une élévation de température des gaz d'échappement qui rappelons le sont relativement froids dans les moteurs diesel (une élévation de température comprise par exemple entre environ 5O0C et 10O0C, pouvant permettre d'atteindre des températures de l'ordre de 25O0C à 35O0C par exemple), températures qui restent néanmoins très éloignées des températures de 4000C préconisées par de nombreux auteurs pour la réduction des oxydes d'azote à partir d'hydrocarbures comme le propane.
[0019] Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le procédé selon l'invention est tel que :
- la ligne d'échappement comporte en outre un filtre à particules placé, en référence au sens de circulation des gaz d'échappement, en aval du système catalytique favorisant la réduction des oxydes d'azote ;
- le système catalytique comprend un support à base d'un oxyde métallique, notamment d'un aluminate, ou d'un silicate ou d'un aluminosilicate supportant un métal, choisi de préférence parmi l'argent, le cobalt, l'étain, le zinc ou l'indium ; - le système catalytique est choisi parmi un système à base de rhodium et/ou d'iridium sur oxyde de titane, à base d'argent, de cobalt, d'étain et/ou d'indium sur alumine, à base d'iridium sur oxyde de silice ou de cuivre sur zéolithe, par exemple une zéolithe ZSM5.
[0020] L'invention a également pour objet un véhicule équipé d'un moteur à combustion interne de type diesel, alimenté en carburant à partir d'un réservoir d'un carburant de type gazole, et d'une ligne d'échappement comportant un système catalytique favorisant la réduction des oxydes d'azote et des moyens d'apport d'un mélange d'hydrocarbures et d'alcool au niveau du système catalytique, ce mélange étant stocké dans une réserve distincte du réservoir du carburant de type gazole. Le terme carburant de type gazole doit être entendu comme englobant également les carburants de substitution au gazole tels les esters obtenus à partir d'huile d'origine végétale ou animale, couramment dénommés biodiesel. Ces esters sont obtenus par une réaction de transestérification avec un alcool léger et des matières grasses, et sont utilisés comme carburant soit à l'état pur, soit mélangé en quantités de par exemple 2% (B2), 5% (B5) ou 20% (B20). En France, le biodiesel le plus répandu est l'ester méthylique de colza (EMC), d'autres esters méthyliques obtenus notamment à partir d'huile d'arachide, carthame, coprah, coton, Jojoba, karité, lin, maïs, noix, olive, palme, ricin, , sésame, soja ou tournesol ( EMT) sont également disponibles selon les disponibilités des agricultures locales.
[0021] Pour fixer les idées, le synoptique des flux d'admission et d'échappement a été représenté à la figure 1.
[0022] Le moteur M est alimenté en comburant, en pratique de l'oxygène apporté par l'air A et en carburant de type gazole stocké dans un réservoir G. Les gaz de combustion, ou gaz d'échappement, sont évacués via une ligne d'échappement L, une fraction d'entre eux étant généralement réinjectée à l'admission, comme schématisé par la ligne en pointillé. A noter également que même si le schéma n'en fait pas mention, une turbine est généralement prévue dans la ligne d'échappement, relativement près du moteur, associée à un compresseur pour les gaz d'admission. [0023] La ligne d'échappement illustrée à la figure 1 comporte successivement un catalyseur deNox D et un filtre à particules F, typiquement précédé d'un catalyseur d'oxydation C afin de porter la température des gaz d'échappement à la température de combustion des suies. La présence du filtre à particules n'est pas critique pour la réduction des oxydes d'azote mais il va de soi que dans l'optique d'une réduction des émissions des gaz nocifs, et notamment des hydrocarbures imbrûlés, la présence d'un tel filtre est pratiquement obligatoire.
[0024] Juste en amont du catalyseur deNox, ou éventuellement directement dans celui-ci, du carburant de type E85 ou équivalent à teneur en éthanol de préférence élevée, est injecté depuis une réserve E. Les moyens d'injection peuvent être des injecteurs semblables à ceux employés dans les moteurs essence conventionnels. Un apport de carburant E85 plus en amont est aussi possible si les conditions sont telles que l'éthanol est essentiellement imbrûlé avant d'atteindre le catalyseur deNox.
[0025] Des moyens R peuvent éventuellement être prévus entre le moteur et le catalyseur deNox pour réchauffer les gaz d'échappement et atteindre des cinétiques de réaction plus importantes au niveau du catalyseur, moyens par exemple du type catalyseurs d'oxydation.
[0026] II doit être noté que la quantité de biocarburant nécessaire pour la réduction catalytique est sans commune mesure avec la consommation de carburant du moteur proprement dit. Donc même si un automobiliste peut très simplement compléter le réservoir d'agent réducteur par un simple passage à une station service, il est possible, voire préférable, que l'accès à ce réservoir spécifique nécessite l'ouverture du capot moteur (à l'instar de ce qui se pratique lors d'un apport d'huile de lubrification) ou du coffre du véhicule si le réservoir est placé dans celui-ci (à l'instar d'une roue de secours), ceci à l'évidence pour minimiser les risques d'erreur de carburant. Un moyen de type détrompeur, basé sur un système mécanique empêchant par exemple l'introduction d'un pistolet d'un diamètre trop grand ou trop petit, ou basé sur un capteur capable d'identifier la nature du carburant, sera avantageusement prévu. [0027] De façon plus générale, l'invention permet - du moins dans une très large mesure - de ne pas subordonner, même temporairement, le pilotage de la combustion moteur aux moyens de traitement des gaz d'échappement. Ceci est d'autant plus vrai si le réservoir d'agent réducteur est également utilisé pour alimenter un injecteur placé directement dans la ligne d'échappement de façon à faciliter la régénération d'un filtre à particules. Référence est faite notamment au brevet EP132166 qui propose d'utiliser un brûleur alimenté par un composé de type méthanol ou éthanol pour la combustion des suies colmatant un filtre à particules.
[0028] Comme indiqué précédemment, les systèmes catalytiques réducteurs déjà préconisés pour la réduction des NOx peuvent convenir à la mise en œuvre de l'invention. Citons tout particulièrement des systèmes à base d'aluminate de zinc connus du document WO 99 01210 ou des systèmes à base de rhodium sur un support d'oxyde de titane comme décrit dans le document WO 2004 0222205. Référence est également faite aux catalyseurs connus notamment du brevet EP494388, et plus particulièrement aux systèmes catalytiques à base d'iridium sur oxyde de titane ou de silice. Citons encore, sans pour autant exclure d'autres matériaux non cités, des systèmes catalytiques à base d'argent sur un support alumine, tels que commercialisés en particulier par RIKEN, ou encore des systèmes catalytiques à base de zéolithes tels que décrits dans EP459396.
[0029] A la connaissance des auteurs de la présente invention, ces catalyseurs ont été évalués dans différents laboratoires en mettant en œuvre comme agents réducteurs des oxydes d'azote des hydrocarbures gazeux comme du propane ou du propylène, à des températures supérieures à 4000C. Or, il doit être souligné que les températures des gaz d'échappement d'un moteur Diesel, notamment d'un moteur équipé d'un système d'injection sur rampe commune, sont significativement inférieures dans les conditions normales de roulage (sans compter les phases de démarrage moteur qui correspondent également à des phases d'échauffement des systèmes présents dans la ligne d'échappement du véhicule. Il est donc tout particulièrement étonnant de constaté qu'un mélange d'hydrocarbures et d'éthanol tel qu'un carburant E85 soit efficace dès environ 200O. [0030] Par ailleurs, les gaz d'échappement des moteurs diesel contiennent un mélange complexe d'hydrocarbures imbrûlés parmi lesquels le méthane, le propane, le propène et le décane peuvent, entre autres, être considérés comme des hydrocarbures représentatifs de l'échappement moteur. Il faut néanmoins souligner que les hydrocarbures légers insaturés, tel que le propène, sont généralement connus pour conduire à des performances en déNOx supérieures à celles obtenues avec leurs homologues saturés, tel que le propane. Aucune activité déNOx n'a, en effet, été observée sur des catalyseurs Pd/CeO.68ZrO.3202 avec le propane comme réducteur, alors que leur efficacité a été démontrée avec le propène. Cette absence d'activité en utilisant le propane comme réducteur a été attribuée à l'activation trop tardive de l'hydrocarbure.
[0031] D'autres études ont effectuées sur des catalyseurs à base de zéolithes et en utilisant le gazole comme agent réducteur des oxydes d'azote. A titre d'exemple nos pouvons citer les résultats publiés dans la thèse de Germaine SEIJGER (Université de DELF, Cerium-Ferrierite Catalyst Systems for Réduction of NOx in Lean Buren Engine Exhaust Gas, 2002, ISBN: 9040723192) qui en mettant en œuvre des catalyseurs à base de cérium sur une férriérite à obtenu sur banc moteur une conversion des oxydes d'azote d'environ 20%.
[0032] Les travaux précités ne pouvaient laisser espérer que des performances très insuffisantes pour conduire à une application industrielle, en aucun cas supérieures aux performances constatées par les auteurs de la présente invention.
[0033] II peut être enfin souligné que dans l'emploi de biocarburant pour réduire les émissions de NOx a certes déjà été proposé dans la publication JP2006144736 mais en utilisant le biocarburant non seulement comme additif dans la ligne d'échappement mais également comme réactif premier pour une réaction de réformage par laquelle le biocarburant est converti en hydrogène, hydrogène utilisé comme carburant du moteur thermique, autrement dit là encore, dans des conditions très différentes de celles de l'invention.

Claims

Revendications
1. Ligne d'échappement (L) d'un véhicule comportant un moteur à combustion interne (M) de type diesel comportant un système catalytique (D) favorisant la réduction des oxydes d'azote, un filtre à particules (F) placé, en référence au sens de circulation des gaz d échappement, en aval du système catalytique (D) favorisant la réduction des oxydes d'azote et des moyens d'injection d'un mélange (E) d'hydrocarbures et d'alcool au niveau ou en amont du système catalytique (D).
2. Ligne d'échappement (L) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens d'injection sont placés, en référence au sens de circulation des gaz d'échappement, en amont du système catalytique (D).
3. Ligne d'échappement (L) selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un catalyseur d'oxydation (C) placée en amont dudit système catalytique (D).
4. Ligne d'échappement (L) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système catalytique (D) comprend un support à base d'un oxyde métallique, notamment d'un aluminate, ou d'un silicate ou d'un aluminosilicate supportant un métal.
5. Ligne d'échappement (L) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le métal est choisi parmi l'argent, le cobalt, l'étain, le zinc ou l'indium.
6. Ligne d'échappement (L) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le système catalytique (D) est choisi parmi un système à base de rhodium et/ou d'iridium sur oxyde de titane, à base d'argent, de cobalt, d'étain et/ou d'indium sur alumine, à base d'iridium sur oxyde de silice ou de cuivre sur zéolithe.
7. Véhicule équipé d'un moteur (M) à combustion interne de type diesel alimenté en carburant à partir d'un réservoir (G) d'un carburant de type gazole, et d'une ligne d'échappement conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, le véhicule comportant de plus une réserve pour le stockage d'un mélange d'hydrocarbures et d'alcool (E) et des moyens pour apporter le mélange dans la ligne d'échappement.
8. Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'apport du mélange sont constitués par un injecteur.
9. Véhicule selon la revendication 7 ou 8, comportant une trappe d'introduction du carburant de type gazole et une trappe d'introduction du mélange d'hydrocarbures et d'alcool, les deux trappes d'introduction étant munis de détrompeurs pour minimiser le risque de remplissage du réservoir avec le mélange d'hydrocarbures et d'alcool et/ou le risque de remplissage de la réserve avec un carburant de type gazole.
10. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce que la trappe d'introduction du mélange d'hydrocarbures et d'alcool est placée sous le capot moteur ou dans le coffre du véhicule.
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