FR2995349A1 - Dispositif de traitement des emissions polluantes d'un moteur thermique par reduction catalytique, diminuant l'apport en reducteur embarque - Google Patents

Dispositif de traitement des emissions polluantes d'un moteur thermique par reduction catalytique, diminuant l'apport en reducteur embarque Download PDF

Info

Publication number
FR2995349A1
FR2995349A1 FR1258616A FR1258616A FR2995349A1 FR 2995349 A1 FR2995349 A1 FR 2995349A1 FR 1258616 A FR1258616 A FR 1258616A FR 1258616 A FR1258616 A FR 1258616A FR 2995349 A1 FR2995349 A1 FR 2995349A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
catalyst
reducer
vehicle
engine
scr
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR1258616A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2995349B1 (fr
Inventor
Nils Matthess
Thierry Bertin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Faurecia Systemes dEchappement SAS
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
Priority to FR1258616A priority Critical patent/FR2995349B1/fr
Publication of FR2995349A1 publication Critical patent/FR2995349A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2995349B1 publication Critical patent/FR2995349B1/fr
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • B01D53/9477—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on separate bricks, e.g. exhaust systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9431—Processes characterised by a specific device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion
    • F01N3/206—Adding periodically or continuously substances to exhaust gases for promoting purification, e.g. catalytic material in liquid form, NOx reducing agents
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F01N3/2073—Means for generating a reducing substance from the exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/04—Adding substances to exhaust gases the substance being hydrogen
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Dispositif formant un filtre à particules et un catalyseur d'élimination des oxydes d'azote contenus dans un mélange gazeux issu d'un moteur thermique d'un véhicule automobile, et véhiculé vers une sortie d'échappement du véhicule, comprenant un catalyseur SCR mettant en oeuvre une réduction catalytique sélective des oxydes d'azote par un réducteur embarqué dans le véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend, en amont du catalyseur SCR (15) dans le sens de cheminement des gaz depuis le moteur (20) vers la sortie d'échappement (21) du véhicule, un catalyseur (15) de formation d'un deuxième réducteur des oxydes d'azote à partir du mélange gazeux à traiter, le deuxième réducteur formé venant suppléer le réducteur embarqué dans son action de réduction catalytique des oxydes d'azote lors de la catalyse SCR. L'invention trouve application dans le traitement d'émissions polluantes d'un moteur thermique.

Description

DISPOSITIF DE TRAITEMENT DES EMISSIONS POLLUANTES D'UN MOTEUR THERMIQUE PAR REDUCTION CATALYTIQUE, DIMINUANT L'APPORT EN REDUCTEUR EMBARQUE [0001] Le contexte de l'invention est celui de la dépollution automobile et plus précisément celui de la réduction des émissions polluantes issues des moteurs, notamment Diesel, telles que les émissions de monoxyde de carbone (CO), d'hydrocarbures imbrûlés (HO) et d'oxydes d'azote (NOx). [0002] Les normes en matière d'émissions polluantes verront l'introduction de nouveaux cycles d'homologation mesurant l'efficacité des systèmes de dépollution dans des conditions de fonctionnement du moteur très variées, telles qu'un démarrage à froid, un roulage urbain lent et une conduite agressive. Or, dans certaines de ces conditions, la température dans la chambre de combustion augmente, favorisant les émissions de NOx indésirables (mécanisme de Zeldovich dit de "NO thermique"), leur faisant atteindre des quantités difficiles à traiter. [0003] Aujourd'hui, le dispositif préféré pour le traitement des émissions polluantes d'un moteur Diesel est le catalyseur d'oxydation ou DOC, mais il est susceptible de ne respecter que partiellement ces normes. Il est certes efficace pour traiter les émissions de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrocarbures imbrûlés (HO) lorsque la température en son sein le permet (i.e. > 150 - 200°C) mais pas lors d'un démarrage à froid. Et concernant les émissions d'oxydes d'azote (NOx) qui peuvent être très élevées en conduite agressive et donc plus problématiques à traiter, il est totalement inefficace. [0004] Il est donc connu, notamment du document US 2011/0162347, de coupler le DOC avec un dispositif supplémentaire permettant de traiter ces émissions de NOx : [0005] Deux types de ces dispositifs supplémentaires sont utilisés couramment : - un piège à NOx avec traitement des NOx piégés pour les transformer en espèces non polluantes comme N2, OU - un catalyseur SCR (acronyme anglais pour Selective Catalytic Reduction, soit en français Réduction catalytique sélective), qui transforme les NOx en N2 de manière continue grâce à un réducteur spécifique qui peut être constitué d'hydrocarbures ou bien de l'ammoniac (NH3), ou encore un réducteur intermédiaire (liquide ou gazeux) qui génèrera de l'ammoniac (NH3) in fine dans ce catalyseur. [0006] On préfère ce dernier dispositif au piège à NOx car il reste efficace même au-delà de 450°C. [0007] Malgré tout un catalyseur SCR ne permet pas de traiter de manière efficace les émissions de NOx en quantité importante sur toute la gamme de conditions de fonctionnement du moteur prévue par les normes à venir sans consommer des quantités très élevées de réducteur embarqué dans le véhicule. [0008] Une solution envisagée est de faire l'appoint en réducteur entre deux révisions du véhicule mais cet appoint serait alors réalisé par le client, avec des risques de négligence ou d'oubli, et les constructeurs automobiles devraient, en outre, supporter le surcoût et les inconvénients d'un système de remplissage via une goulotte facilement accessible (trappe à carburant...). [0009] Il n'existe donc pas de solution simple pour couvrir la totalité du champ de fonctionnement moteur en termes de traitement des NOx sans avoir à augmenter considérablement le volume embarqué d'additif (réducteur SCR), ce qui représente une augmentation du coût, de la masse et des contraintes d'encombrement dans le véhicule ou à demander au client de faire l'appoint lui-même. [0010] L'invention vise à pallier cet inconvénient. [0011] A cet effet l'invention concerne un dispositif formant un filtre à particules et un catalyseur d'élimination des oxydes d'azote contenus dans un mélange gazeux issu d'un moteur thermique d'un véhicule automobile, et véhiculé vers une sortie d'échappement du véhicule, comprenant un catalyseur SCR mettant en oeuvre une réduction catalytique sélective des oxydes d'azote par un réducteur embarqué dans le véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend, en amont du catalyseur SCR dans le sens de cheminement des gaz depuis le moteur vers la sortie d'échappement du véhicule, un catalyseur de formation d'un deuxième réducteur des oxydes d'azote à partir du mélange gazeux à traiter, le deuxième réducteur formé venant suppléer le réducteur embarqué dans son action de réduction catalytique des oxydes d'azote lors de la catalyse SCR. [0012] L'invention permet ainsi, par la production in situ d'un deuxième réducteur, de respecter les normes de rejet d'émissions polluantes fixées pour des conditions de fonctionnement du moteur très variées, sans nécessiter un volume de réducteur embarqué important, permettant donc un remplissage du réservoir du réducteur uniquement lors des révisions du véhicule, c'est-à-dire environ tous les 20 000 à 30 000 km même dans le cas d'une conduite extrême générant beaucoup de NOx à traiter. [0013] Avantageusement, mais facultativement, le dispositif comprend au moins l'une des caractéristiques techniques suivantes : le filtre à particules comprend des parois poreuses de filtration des particules solides, le catalyseur SCR et le catalyseur de formation du deuxième réducteur étant imprégnés sur au moins certaines des parois poreuses du filtre ; le filtre à particules comprend des canaux entrants et des canaux sortants en alternance deux à deux, un canal entrant étant séparé du canal sortant adjacent par l'une des parois poreuses du filtre, la couche de la paroi de séparation la plus proche du canal entrant étant imprégnée du catalyseur de formation du deuxième réducteur, et la couche de la paroi de séparation la plus proche du canal de sortie étant imprégnée du catalyseur SCR; - le catalyseur de formation du deuxième réducteur est un catalyseur de formation d'hydrogène H2. ; le catalyseur de formation d'hydrogène H2 comprend du rhodium sur oxydes de cérium ou sur tout autre support réductible, et/ou du platine sur oxydes de cérium, et/ou du cobalt sur alumine ou sur cérine et/ou du cuivre sur h02. ; et - le catalyseur SCR comprend des zéolithes échangées au fer, au cuivre, et/ou des oxydes acides simples ou mixtes tels que des zircones acides. [0014] L'invention vise également une ligne d'échappement d'un véhicule automobile à moteur thermique, permettant l'évacuation d'un mélange gazeux produit par le moteur en fonctionnement, comprenant un catalyseur d'oxydation, et, disposée en aval de ce catalyseur d'oxydation dans le sens de cheminement des gaz depuis le moteur vers la sortie d'échappement du véhicule, un filtre à particules comprenant un catalyseur d'élimination des oxydes d'azote contenus dans le mélange gazeux tel que défini précédemment. [0015] Avantageusement, mais facultativement, la ligne d'échappement selon l'invention comprend au moins l'une des caractéristiques techniques suivantes : - la ligne d'échappement comprend une injection du réducteur embarqué en amont du filtre à particules ; et - elle comprend une injection de carburant en amont du catalyseur d'oxydation et donc en amont du filtre à particules [0016] Enfin, l'invention concerne également un véhicule automobile comprenant un moteur thermique notamment diesel, un réservoir de stockage d'un réducteur embarqué dans le véhicule et une ligne d'échappement tels que définis précédemment. [0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description suivante faite en référence aux dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de filtre à particules selon l'invention ; - la figure 2 est un agrandissement de la zone du filtre repérée par "Il" sur la figure 1 ; - la figure 3 est un agrandissement de la zone repérée par "Ill" sur la figure 2 ; - la figure 4 illustre schématiquement un moteur thermique et une ligne d'échappement d'un véhicule automobile munie du filtre à particules de la figure 1. [0018] La réduction catalytique sélective ou catalyse SCR permet de traiter les NOx en les faisant réagir avec un réducteur tel que de l'ammoniac gazeux NH3 suivant les équations chimiques suivantes : (1 b) 4 NO + 02 + 4 NH3 -) 4 N2 + 6 H20 (SCR standard) (2b) NO + NO2 + 2 NH3 -) 2 N2 + 3 H20 (SCR à cinétique rapide) (3b) 6 NO2 + 8 NH3 -) 7 N2 + 12 H20 (SCR haute température) [0019] Dans le cas où le réducteur n'est pas de l'ammoniac gazeux mais un réducteur intermédiaire tel qu'une solution liquide comme de l'urée, il faut transformer l'urée en NH3 d'abord par thermolyse puis par hydrolyse : (4b) (NH2)200 -) NH3 + HNCO Thermolyse de l'urée (5b) HNCO + H20 -) NH3 + CO2 Hydrolyse de l'acide isocyanique [0020] Cette transformation de l'urée en NH3 nécessite que les gaz d'échappement à traiter aient atteint une température supérieure à 180 - 200°C. [0021] En intégrant au filtre à particules un catalyseur SCR, on rend possible le respect de normes sur les émissions polluantes avec une architecture très compacte : une première "brique" catalyseur d'oxydation DOC, telle que représentée sur la figure 4 qui catalyse les réactions d'oxydation du CO et des hydrocarbures ("HO") et une seconde "brique" filtre à particules imprégné du catalyseur SCR (SCRF), schématiquement représenté sur la figure 4 et dans le détail sur la figure 1 ou 2, qui assure à la fois la réduction des NOx et la filtration de particules solides 10 par des parois poreuses. [0022] Lorsque la catalyse SCR est imprégnée sur un filtre à particules, elle est déposée sur les parois du filtre à particules et le réducteur gazeux (NH3) ou un réducteur liquide permettant de former du NH3 gazeux est injecté en amont du filtre à particules mais en aval du DOC dans le sens d'écoulement des gaz formés par le moteur vers l'échappement (figure 4). [0023] Un filtre à particules, tel que celui repéré par 1 sur la figure 1, comprend des canaux entrants 2 où le mélange gazeux à traiter est admis par une entrée 3, l'extrémité opposée du canal étant obturée par un bouchon imperméable au gaz 7, et des canaux sortants 4 par lesquels le mélange gazeux traité est délivré par une sortie 8, l'extrémité opposée du canal sortant étant bouchée par un bouchon obturateur 9. Les canaux entrants 2 et les canaux sortants 4 sont superposés en alternance deux à deux, chaque canal entrant 2 étant séparé du canal sortant adjacent 4 par une paroi poreuse 5 pouvant être imprégnée d'un catalyseur. Le mélange gazeux 11 admis dans les canaux entrants 2 est contraint de traverser les parois poreuses 5 pour atteindre les canaux sortants 4 en raison des bouchons 7 obturant les canaux entrants 2, et il est impossible au mélange gazeux qui atteint les canaux sortants 4 de retourner vers le moteur en raison des bouchons 9 obturant les canaux sortants. Ils ne peuvent être véhiculés une fois traités que vers la sortie d'échappement. [0024] Le fait que la catalyse SCR soit en position rapprochée du moteur puisque déposée au sein du filtre à particules, permet de compenser l'inertie thermique du média filtrant du filtre à particules comparativement à celle d'un support en cordiérite typique de la catalyse automobile qui serait situé à un emplacement plus éloigné du moteur (et ce, même si le média filtrant du filtre à particules est en cordiérite) [0025] Il faut toutefois savoir que le catalyseur SCR imprégnant le filtre n'est pas capable de traiter efficacement les émissions de NOx issues du moteur, tant que la température des gaz d'échappement n'a pas atteint 150 à 200°C. [0026] La catalyse SCR est donc efficace pour des températures supérieures à au moins 150°C. [0027] Mais son efficacité est également liée à la quantité relative de réducteur par rapport à celle des NOx à traiter : plus la quantité de NOx à traiter est importante, plus celle de réducteur à injecter l'est aussi. [0028] Cependant, il n'est pas satisfaisant d'avoir à augmenter la quantité de NH3 ou d'urée embarquée dans le véhicule car cela augmente le coût, la masse et l'encombrement notamment. [0029] Le coeur de l'invention réside justement dans le fait de générer un deuxième réducteur au sein même du filtre à particules, à partir d'espèces présentes dans les gaz d'échappement, et qui viendra compléter l'urée ou le NH3 comme réactif de la catalyse SCR, pour éviter d'augmenter voire pour réduire la quantité d'urée ou de NH3 utilisée et donc celle embarquée dans le véhicule. [0030] Les véhicules dont les lignes d'échappement seront munies d'un filtre à particules de ce type pourront ainsi respecter les normes en matière d'émissions polluantes y compris celles prévoyant des conditions de fonctionnement du moteur extrêmes telles qu'une conduite agressive, sans nécessiter d'augmenter le volume embarqué du premier réducteur ou la fréquence de son remplissage. [0031] A cet effet, l'invention prévoit qu'un deuxième réducteur soit produit dans les canaux 2 du filtre à particules, situés en amont des canaux pourvus du catalyseur SCR 4, que ce deuxième réducteur traverse les parois du filtre pour atteindre ces canaux pourvus du catalyseur SCR, et qu'il vienne suppléer le premier réducteur injecté au niveau de ces canaux de catalyseur SCR et réagisse en combinaison avec le premier sur les NOx à réduire, lors de la catalyse SCR. [0032] Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, seuls les canaux sortants du filtre à particules sont imprégnés du catalyseur SCR et seuls les canaux entrant de ce filtre sont imprégnés d'un catalyseur permettant la formation du deuxième réducteur, qui est idéalement de l'hydrogène H2. [0033] L'hydrogène, H2 a été choisi à dessein car son pouvoir réducteur est nettement plus élevé que celui des HO et même que celui du CO. D'ailleurs, la SCR par les HO n'est pas très efficace et on lui préfère de loin celle par NH3. [0034] Une fois que l'hydrogène est produit dans les canaux entrants, il traverse les parois du filtre pour atteindre les canaux sortants, afin de réduire les NOx sur les sites catalytiques imprégnés sur ces canaux sortants, selon la réaction suivante (3) : (3) NO + H2 Y2 N2 ± H20 [0035] L'imprégnation des canaux entrants du FAP est une imprégnation catalytique permettant de produire de l'hydrogène lorsque les conditions de température et de richesse sont réunies. [0036] Plus précisément, en référence aux figures 2 et 3, la paroi 5 séparant un canal sortant 4 du canal entrant adjacent 2 est pourvue d'une double imprégnation : une première épaisseur 15 de cette paroi, la plus proche du canal sortant 4, est imprégnée du catalyseur SCR et une deuxième épaisseur 16, la plus proche du canal entrant 2, est imprégnée d'un ou de plusieurs catalyseurs permettant le vaporéformage des hydrocarbures et/ou la réaction dite du "gaz à l'eau". [0037] Dans l'exemple représenté, l'imprégnation SCR est effectuée sur environ 2/3 de l'épaisseur de la paroi du filtre et l'imprégnation permettant de fabriquer H2 sur le 1/3 d'épaisseur restante mais la répartition entre les deux imprégnations est à optimiser en fonction de l'efficacité recherchée et des contraintes techniques. [0038] Cette structure particulière du filtre à particules permet, conformément à la figure 3, de traiter un mélange gazeux contenant des oxydes d'azote NOx qui est admis dans le canal entrant 2 dans un premier temps, traverse la portion 16 de la paroi de séparation 5 imprégnée par les catalyseurs permettant de produire H2 à partir des hydrocarbures et/ou du CO, puis dans un second temps, le mélange gazeux additivé du H2 venant d'être produit traverse la portion restante 15 de la paroi de séparation 5 imprégnée de catalyseur SCR permettant la réaction des NOx du mélange gazeux avec l'hydrogène H2 produit in situ et l'ammoniac NH3 injecté ou dérivé de l'urée. Le mélange gazeux débarrassé des NOx est alors évacué vers la sortie d'échappement. [0039] Selon une première variante de réalisation de la production d'hydrogène, il s'agit de réaliser le vaporéformage des hydrocarbures imbrûlés (HO) appelé également" Steam Reforming " (SR) : (1) CH y +2xH20 xCO2+ (2x + Y/)H2 [0040] Pour produire H2 par cette réaction, il faut par conséquent disposer d'hydrocarbures imbrûlés HO en grande quantité. [0041] Deux solutions peuvent être envisagées pour produire ces hydrocarbures : - soit par injection de carburant dans la ligne, qui est ensuite décomposé et transformé en H2 conformément à la réaction (1) ci-dessus, - soit par la combustion dans la chambre du moteur qui peut générer beaucoup d'HC (du type post-injection) mais avec l'inconvénient d'avoir un DOC en amont du SCRF qui consommera en grande partie les réducteurs. [0042] Une autre solution peut consister à utiliser en variante un réacteur de vaporisation du carburant situé en amont de l'injection à l'échappement. Cette solution permet d'injecter des hydrocarbures gazeux dans l'échappement par un apport d'énergie électrique (chauffage du réacteur de vaporisation). L'avantage est alors d'abaisser la température d'injection de carburant dans la ligne d'échappement. [0043] Selon une deuxième variante de réalisation de la production d'hydrogène, il s'agit de réaliser la réaction dite du "gaz-à-l'eau "appelée également " Water-Gas-Shift " (WGS sur la figure 2) : (2) CO + H20 CO2 + H2 [0044] Selon une troisième variante de réalisation, on réalise les deux réactions (1) et (2) à la fois. [0045] Les réactions (1) et (2) nécessitent de la température pour être efficaces (200 à 300°C pour le " WGS "et même 400 à 500°C pour le vaporéformage des HO et donc la production d'hydrogène). [0046] C'est donc une solution qui vient en complément du premier réducteur (liquide ou gazeux) embarqué, ce dernier traitant les températures plus basses. [0047] Ainsi, les quantités importantes de NOx émises lors des fortes charges générées par exemple par une conduite agressive, seront pour une part traitées par le premier réducteur embarqué et pour le reste par l'hydrogène produit in situ (dans le FAP). [0048] C'est pour cette raison que selon le mode de réalisation préféré de l'invention, l'imprégnation dédiée " vaporéformage des HO " et/ou " WGS " est positionnée sur et dans la paroi des canaux entrant, l'imprégnation SCR étant positionnée sur et dans les canaux sortant du FAP. Ainsi les réducteurs qu'il s'agisse de NH3 ou de H2 traverseront l'imprégnation SCR des canaux sortants et convertiront les NOx émis par le moteur. [0049] Un exemple de filtre à particules à catalyse SCR selon l'invention comprend idéalement : - une structure à canaux entrants et sortants constituée d'un média filtrant en carbure de silicium (SiC), en cordiérite, en mullite, métallique ou autres, - les canaux sortants du filtre sont imprégnés en surface ou dans leur épaisseur d'un catalyseur SCR du type zéolithes échangées (au fer, au cuivre ou autres) ou du type oxydes acides simples ou mixtes tels que des zircones acides ou autres - les canaux entrants sont imprégnés en surface ou dans leur épaisseur d'un catalyseur type « vaporéformage » du type Rhodium sur oxydes de cérium ou sur tout autre support réductible, et/ou d'un catalyseur de type « WGS » du type Platine sur oxydes de cérium, Cobalt sur alumine ou sur cérine, Cuivre sur Ti02, etc.. [0050] Conformément à la figure 4, un FAP de ce type équipe la ligne d'échappement 18 d'un véhicule automobile à moteur thermique notamment diesel, en aval d'un catalyseur d'oxydation DOC relativement au cheminement des gaz produits par le moteur et se dirigeant vers l'échappement. Une injection d'urée 19 est prévue entre le DOC et le FAP et un injecteur de gazole à l'échappement IGE, en amont du DOC. [0051] Comme indiqué précédemment, grâce à cette solution, il est possible de conserver une consommation moyenne de réducteur (la plus faible possible pour réduire la quantité embarquée) tout en assurant le traitement des NOx pour des conditions de fonctionnement du moteur très variées, les réactions de production d'H2 permettant dès que les conditions de température le permettent, ce qui est le cas dès que les quantités de NOx sont importantes, de prendre le relai du premier réducteur en l'occurrence NH3. [0052] Il peut même être envisagé, à partir d'une certaine température, de ne plus injecter le premier réducteur (urée ou NH3 par exemple) à savoir la température à laquelle la production d'H2 par l'imprégnation dédiée « vaporéformage des HC » et/ou « WGS » est suffisante pour assurer le traitement des NOx dans l'imprégnation SCR des canaux sortant du FAP. [0053] L'avantage est de réduire dans ce cas le volume embarqué de réducteur. [0054] La détermination de ladite température pourra être réalisée sur banc gaz synthétique. [0055] Il faudra alors tenir compte de l'activité en vaporéformage des HC et en WGS à neuf mais aussi après vieillissement, quitte à déterminer l'évolution de la production d'H2 en fonction du vieillissement et de la température du SCRF. Ces cartographies seront intégrées au calculateur qui stoppera l'injection du réducteur embarqué dès que les conditions seront réunies. [0056] Enfin, le filtre à particules profitera de la présence sur et dans la paroi des canaux entrants des métaux précieux (Platine et/ou Rhodium) utiles au catalyseur de formation du deuxième agent réducteur (H2) puisque ces derniers contribueront également à la combustion des suies stockées (aide à la régénération). [0057] Le filtre à particules selon l'invention (filtre SCRF-H2) pourra être intégré au sein de l'une ou l'autre des configurations suivantes : MOTEUR DOC SCRF-H2 ECHAPPEMENT MOTEUR DOC INJECTEUR HC SCRF-H2 ECHAPPEMENT

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif formant un filtre à particules et un catalyseur d'élimination des oxydes d'azote contenus dans un mélange gazeux issu d'un moteur thermique d'un véhicule automobile, et véhiculé vers une sortie d'échappement du véhicule, comprenant un catalyseur SCR mettant en oeuvre une réduction catalytique sélective des oxydes d'azote par un réducteur embarqué dans le véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend, en amont du catalyseur SCR (15) dans le sens de cheminement des gaz depuis le moteur (20) vers la sortie d'échappement (21) du véhicule, un catalyseur (15) de formation d'un deuxième réducteur des oxydes d'azote à partir du mélange gazeux à traiter, le deuxième réducteur formé venant suppléer le réducteur embarqué dans son action de réduction catalytique des oxydes d'azote lors de la catalyse SCR.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des parois poreuses (5) de filtration des particules solides (10), le catalyseur SCR (15) et le catalyseur de formation du deuxième réducteur (16) étant imprégnés sur au moins certaines des parois poreuses (5) du filtre.
  3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des canaux entrants (2) et des canaux sortants (4) en alternance deux à deux, un canal entrant (2) étant séparé du canal sortant adjacent (4) par l'une des parois poreuses (5) du filtre, la couche de la paroi de séparation la plus proche du canal entrant étant imprégnée du catalyseur de formation du deuxième réducteur (16), et la couche de la paroi de séparation la plus proche du canal de sortie étant imprégnée du catalyseur SCR (15).
  4. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le catalyseur de formation du deuxième réducteur (16) est un catalyseur de formation d'hydrogène H2.
  5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le catalyseur de formation d'hydrogène H2 comprend du rhodium sur oxydes de cérium ou sur tout autre support réductible, et/ou du platine sur oxydes de cérium, et/ou du cobalt sur alumine ou sur cérine et/ou du cuivre sur h02.
  6. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le catalyseur SCR comprend des zéolithes échangées au fer, au cuivre, et/ou des oxydes acides simples ou mixtes tels que des zircones acides.
  7. 7. Ligne d'échappement d'un véhicule automobile à moteur thermique, permettant l'évacuation d'un mélange gazeux produit par le moteur en fonctionnement, comprenant un catalyseur d'oxydation (DOC), et, disposé en aval de ce catalyseur d'oxydation dans le sens de cheminement des gaz depuis le moteur vers la sortie d'échappement du véhicule, un dispositif formant un filtre à particules (9) et un catalyseur d'élimination des oxydes d'azote contenus dans le mélange gazeux selon l'une des revendications 1 à 6.
  8. 8. Ligne d'échappement selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend une injection (19) du réducteur embarqué en amont du filtre à particules.
  9. 9. Ligne d'échappement selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend une injection de carburant (IGE) en amont du filtre à particules et en amont du catalyseur d'oxydation.
  10. 10. Véhicule automobile comprenant un moteur thermique notamment diesel (20), un réservoir de stockage d'un réducteur embarqué dans le véhicule et une ligne d'échappement (18) selon l'une des revendications 7 à 915
FR1258616A 2012-09-13 2012-09-13 Dispositif de traitement des emissions polluantes d'un moteur thermique par reduction catalytique, diminuant l'apport en reducteur embarque Expired - Fee Related FR2995349B1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1258616A FR2995349B1 (fr) 2012-09-13 2012-09-13 Dispositif de traitement des emissions polluantes d'un moteur thermique par reduction catalytique, diminuant l'apport en reducteur embarque

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1258616A FR2995349B1 (fr) 2012-09-13 2012-09-13 Dispositif de traitement des emissions polluantes d'un moteur thermique par reduction catalytique, diminuant l'apport en reducteur embarque
FR1258616 2012-09-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2995349A1 true FR2995349A1 (fr) 2014-03-14
FR2995349B1 FR2995349B1 (fr) 2018-03-23

Family

ID=47257913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1258616A Expired - Fee Related FR2995349B1 (fr) 2012-09-13 2012-09-13 Dispositif de traitement des emissions polluantes d'un moteur thermique par reduction catalytique, diminuant l'apport en reducteur embarque

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2995349B1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015181456A1 (fr) * 2014-05-27 2015-12-03 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur a combustion

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7062904B1 (en) * 2005-02-16 2006-06-20 Eaton Corporation Integrated NOx and PM reduction devices for the treatment of emissions from internal combustion engines
DE102009056681A1 (de) * 2008-12-05 2010-07-08 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Verfahren und Vorrichtung zur Ammoniakbildung in einem katalytischen Konverter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7062904B1 (en) * 2005-02-16 2006-06-20 Eaton Corporation Integrated NOx and PM reduction devices for the treatment of emissions from internal combustion engines
DE102009056681A1 (de) * 2008-12-05 2010-07-08 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Verfahren und Vorrichtung zur Ammoniakbildung in einem katalytischen Konverter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015181456A1 (fr) * 2014-05-27 2015-12-03 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur a combustion
FR3021695A1 (fr) * 2014-05-27 2015-12-04 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de post-traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion

Also Published As

Publication number Publication date
FR2995349B1 (fr) 2018-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3230564B1 (fr) Dispositif de post-traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion
EP2529091B1 (fr) Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne
EP3230563B1 (fr) Dispositif de post-traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion
FR2947004A1 (fr) Ligne d'echappement avec dispositif de traitement des oxydes d'azote.
EP3153677B1 (fr) Dispositif de post-traitement des gaz d'echappement d'un moteur à combustion
FR3057020A1 (fr) Dispositif de post-traitement des gaz d’echappement d’un moteur thermique
FR2957119A1 (fr) Chambre de melange d'un produit reducteur a des gaz d'echappement
FR3081921A1 (fr) Ligne d’echappement de moteur thermique comprenant un element de chauffage amont
FR2995349A1 (fr) Dispositif de traitement des emissions polluantes d'un moteur thermique par reduction catalytique, diminuant l'apport en reducteur embarque
FR3029970A1 (fr) Dispositif de post-traitement des gaz d’echappement d’un moteur a combustion
FR3100839A1 (fr) Ensemble comprenant un moteur à combustion interne avec un compresseur électrique et un élément chauffant
WO2015181456A1 (fr) Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur a combustion
EP2708709B1 (fr) Ligne déchappement avec dispositif de traitement des émissions polluantes d'un moteur thérmique par reduction catalytique, s'affranchissant de réducteur embarque
EP3369905A1 (fr) Véhicule intégrant un système de post-traitement des gaz d' échappement d'un moteur à combustion
FR2955612A1 (fr) Dispositif de post-traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion
FR2960593A1 (fr) Dispositif de post-traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion
WO2011055053A1 (fr) Dispositif de traitement des gaz d'echappement d'un vehicule comportant un moteur thermique
chul Park et al. Low temperature active regeneration of soot using hydrogen in a multi-channel catalyzed DPF
FR3066541A1 (fr) Systeme de post-traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne
FR3043430B1 (fr) Dispositif de post-traitement des gaz d’echappement d’un moteur thermique
FR2937882A1 (fr) Procede de dimensionnement d'un catalyseur d'oxydation.
FR3120094A1 (fr) Ligne d’echappement de moteur thermique comprenant des elements de chauffage
FR2971005A1 (fr) Ligne d'echappement pour moteur a combustion interne
EP3194052A1 (fr) Procédé de dépollution des oxydes d'azote
FR2933448A1 (fr) Dispositif de purification de gaz d'echappement

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

CA Change of address

Effective date: 20180312

CD Change of name or company name

Owner name: PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA, FR

Effective date: 20180312

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 8

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 9

TP Transmission of property

Owner name: FAURECIA SYSTEMES D'ECHAPPEMENT, FR

Effective date: 20201112

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 10

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 11

ST Notification of lapse

Effective date: 20240505