VÉHICULE ÉQUIPÉ D’UN MOTEUR À ALLUMAGE COMMANDÉ ET D’UN FILTRE À PARTICULES AUTORÉGÉNÉRANT ET PROCÉDÉ DE CONTRÔLE

ASSOCIÉ

Domaine technique

L’invention a trait au domaine de la dépollution des moteurs à combustion interne plus particulièrement à un véhicule pourvu d’un moteur à allumage commandé relié à un filtre à particules et un procédé de contrôle de ce dernier.

Technique antérieure

Le document de brevet publié CN103495418 divulgue un moteur diesel relié à une ligne d’échappement équipée d’un filtre à particules comprenant une phase catalytique permettant une autorégénération des suies à basse température. Cependant, le moteur diesel présente le défaut d’avoir un niveau de pollution élevé à cause du compromis NOx-suies.

Exposé de l'invention

L’invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l’état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l’invention a pour objectif de réduire significativement les émissions de suies d’un véhicule pourvu d’un moteur à combustion interne.

L’invention a pour objet un véhicule comprenant un moteur à combustion interne et une ligne d’échappement reliée au moteur à combustion interne, la ligne étant dotée d’un filtre à particules ; le filtre comprenant un média filtrant et une phase catalytique, la phase catalytique ayant une capacité de stockage d’oxygène remarquable en ce que le moteur est du type à allumage commandé fonctionnant au moins dans des conditions stoechiométriques et le moteur est configuré pour couper l’injection de carburant ou fonctionner en mélange pauvre afin de charger le filtre en oxygène, la phase catalytique comprenant un oxyde de cérine pure ou dopée avec au moins un élément de la liste suivante : La, Zr, Y, Gd, Pr, Nd et Sm, et/ou un autre élément de la liste suivante : Ag et Pd. Selon un mode avantageux de l’invention, la phase catalytique est au moins à base d’oxyde de cérine zirconium dopé à l’argent.

Selon un mode avantageux de l’invention, l’oxyde de cérine zirconium dopé à l’argent est du type Ceo, ₄₉ Zro.si O2.

Selon un mode avantageux de l’invention, la phase catalytique comprend de la pérovskite du type Lai-x- _y Ag _x Sr _y B O3, B étant un des éléments de la liste : Fe, Mn, Cu Ti, Co et Ni, l’élément Sr pouvant être remplacé par un des éléments de la liste : Ca, Ba et K, x est compris entre 0 et 0,5, et y étant compris entre 0 et 0,5.

Selon un mode avantageux de l’invention, la pérovskite est du type Lao.s Ago,25 Sro,25 Mn O3.

Selon un mode avantageux de l’invention, la phase catalytique est imprégnée directement à la surface de parois de canaux entrants du filtre, déposée sur une membrane de filtration du filtre à particules et/ou constitutive de la membrane.

L’invention concerne aussi un procédé de contrôle du véhicule selon l’invention, et le procédé déclenche une phase de suspension de l'injection ou de fonctionnement en pauvre si chacune des conditions suivantes est respectée : il y a au moins un lâcher de pied conducteur, une demande en couple du moteur nulle et/ou un entraînement du véhicule par un moteur/générateur; la vitesse de rotation du moteur est supérieure à un seuil minimal.

Selon un mode avantageux de l’invention, le procédé comprend une condition supplémentaire : la température du filtre est inférieure à un seul prédéfini,

notamment le seuil prédéfini étant compris entre 300 et 500°C.

Selon un mode avantageux de l’invention, la phase de suspension ou de réduction de l’injection de carburant se termine lorsqu’au moins une des conditions suivantes est respectée : le lâcher de pied n’est plus établi, la demande en couple n’est plus nulle et/ou la durée du lâcher de pied, de la demande en couple nulle ou de l’entraînement par un moteur/générateur dépasse un seuil prédéterminé.

Préférentiellement, le média filtrant est à base de cordiérite, de titanate d’aluminium ou de carbure de silicium. Préférentiellement, le moteur à combustion interne est combiné à un moteur/générateur formant un groupe motopropulseur hybride.

Les mesures de l’invention sont intéressantes en ce que le processus d’autorégénération du filtre à particules s’amorce à basse température, environ 300 C au lieu de 600°C pour les solutions connues. En oute, les matériaux utilisés dans la phase du catalytique du filtre à particules pour assurer l’oxydation de la suie sont bien plus économiques que ceux des solutions antérieures, comme les métaux du groupe platine, à savoir le platine, le palladium ou le rhodium.

Brève description des dessins

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l’aide de la description et du dessin :

[Fig. 1 ] illustre un moteur relié à une ligne d’échappement.

Description détaillée

Dans la figure 1 , un moteur 2 du type à allumage commandé fonctionnant au moins dans des conditions stoechiométriques est relié à une ligne d’échappement 4. Le moteur 2 et la ligne 4 sont intégrés à un véhicule qui n’est pas représenté. Les gaz d’échappement du moteur 2 sont purifiés successivement en passant par un premier catalyseur trois voies monté en amont d'un filtre à particules 6. En aval de la ligne d’échappement 4 se trouve un deuxième catalyseur, par exemple.

Le filtre à particules 6 comprend un média filtrant et une phase catalytique. Le média filtrant peut être à base de cordiérite, de titanate d'aluminium ou de carbure de silicium. La phase catalytique peut être imprégnée directement à la surface de parois de canaux entrants du filtre à particules 6, déposée sur une membrane de filtration du filtre à particules 6 et/ou constitutive de la membrane.

Les propriétés de stockage d’oxygène et d’oxydation catalytique sont bien connues de l’homme du métier pour l’oxyde de cérine pure, l’oxyde de cérine dopée La, Zr, Y, Gd, Pr, Nd, Sm, en présence ou non de métaux précieux de type Ag, Pd, et leur combinaison ainsi que les pérovskites du type La-i-*- _y Agx Sr _y B O3 avec x = 0 - 0,5 et y = 0 - 0,5. Le Sr peut être remplacé par Ca, Ba, K (alcalins et alcalinoterreux), B étant compris dans la liste : Fe, Mn, Cu, Ti, Co et Ni. Plus particulièrement, des essais ont été menés sur deux sortes d’oxydes.

La première sorte est l’oxyde de cérine zirconium dopé à l’argent (2% en masse), nommé Ag-CZ (Ceo.49Zro.51O2). L’argent est déposé sur un oxyde commercial de cérine-zircone par imprégnation en voie humide à partir de nitrate d’Ag. Le catalyseur est ensuite séché une nuit à l’étude à 100°C puis calciné à 700°C sous air pendant 2 heures.

La deuxième sorte d’oxyde est une pérovskite du type Lai-x- _y Ag _x Sr _y B O3 avec x = 0 - 0,5 et y = 0 - 0,5. Le Sr peut être remplacé par Ca, Ba, K (alcalins et alcalinoterreux), B est un élément de la liste Fe, Mn, Cu, Ti, Co, Ni. La pérovskite de composition Lao,5Ago,25Sro,25Mn03 (LSAM) peut être synthétisée en autre par la méthode dite de complexation. Le protocole consiste à dissoudre les nitrates métalliques de lanthane, argent, manganèse et strontium dans les proportions souhaitées dans le minimum d’eau déionisée. Un agent chélatant, l’acide maléique 10%, de formule C ₄ H ₄ 0 ₄ est ensuite ajouté à cette solution. Pour favoriser la complexation des précurseurs métalliques avec l’acide maléique, le pH est maintenu à 9 par l'ajout d’ammoniac. La solution est ensuite évaporée sur une plaque chauffante jusqu’à l’obtention d’un gel puis étuvé à 130°C une dizaine d’heures. La poudre ainsi obtenue est calcinée à 500 °C pendant 2 heures, afin d’éliminer tous les résidus carbonés liés à la synthèse. Une calcination à plus haute température (800° C) pendant 4 heures est ensuite nécessaire pour former la phase pérovskite et stabiliser la microstructure de la poudre.

Les deux sortes d’oxyde sont évaluées sur des moyens d’essais reproduisant la stratégie de remplissage du matériau est l’apport d’air (contenant 21 % d’oxygène) via les levers de pied tout au long du roulage du véhicule.

Pour reproduire la situation, deux mélanges mécaniques entre, d’une part, la poudre d’Ag-CZ et la suie, et d’autre part, la poudre LSAM et la suie, ont été réalisés. La suie utilisée est du noir de carbone commercial Printex® U. La suie Printex® U est utilisée comme suie de référence dans de nombreuses études portant sur la dépollution. Les mesures d’activités catalytiques des deux catalyseurs synthétisés pour l’oxydation des suies ont été réalisées dans les conditions suivantes : la suie et le catalyseur sont mélangés dans un rapport 1/60 (en masse) et co-broyés dans un mortier pendant 15 minutes afin d’obtenir un contact intime entre la suie et le catalyseur. Une masse de 200 mg, de ce mélange, est prélevée et placée dans un réacteur en quartz classique en U. Les conditions expérimentales des oxydations en température programmée sont : un flux de 250 ppm d’Ü2 et 10% d’hbO dans l’He à 10 l/h et une introduction par exemple de puises (terme « anglo-saxon », bouffées d’air) de 2 secondes toutes les 7 minutes contenant 20% d’oxygène dans l’He, puises représentatifs des levers de pied. Le réacteur est chauffé de 100°C à 680 °C à ut® vitesse de 10°C/ min avec un plateau intermédiaire à 400°C et 350°C selon les bsoins de l’expérience. La concentration des produits issus (CO et CO2) de la combustion des suies est mesurée à l’aide d’un micro-chromatographe en phase gaz (SRA 3000, SRA INSTRUMENTS®) et d’un spectromètre de masse (QMS aspec : Quadrupole Mass Spectrometer, Aspec Technology Inc). La conversion de la suie est calculée à partir des concentrations en CO et CO2 et est exprimée en fonction de la température.

Les performances d’oxydation à 400°C sont fourniespour le matériau : - à l’état neuf :

• calciné à 700°C pendant 2 heures, nommé « fresh_Ag-CZ» (« fresh » terme « anglo-saxon » ; dans le contexte des essais, il signifie neuf)

• calciné à 800 °C pendant 4 heures, nommé « fresh_LS¾M »

- à l’état vieilli :

· 4 heures à 980 °C sous ISh et 10% d’eau, nommé « Ag-CZ vieilli » et

« LSAM vielli»

[Tableau 1]

[Tableau 2]

[Tableau 3]

[Tableau 4]

Les résultats sur les performances catalytiques d’oxydation de la suie montrent une oxydation de la suie qui existe toujours à 350 °C. L’injection d’oxygène via l’introduction d’air à 400°C voire même 350°C, permet de charger le catalyseur en ions oxydes issus de la dissociation de l’oxygène et dans le même temps d’initier la phase d’oxydation de la suie à partir des ions oxydes très réactifs. En phase de roulage, le moteur 2 est configuré pour produire des puises d’air en coupant l’injection de carburant sur au moins un des cylindres du moteur 2. Le contrôle moteur peut être configuré pour recharger le filtre à particules 6 en déclenchant une phase de suspension de l’injection ou de fonctionnement en pauvre si chacune des conditions suivantes est respectée : il y a au moins un lâcher de pied conducteur, une demande en couple du moteur 2 nulle et/ou un entraînement du véhicule par un moteur/générateur ; la vitesse de rotation du moteur 2 est supérieure à un seuil minimal ; la température du filtre 6 est inférieure à un seul prédéfini, le seuil prédéfini étant compris entre 300 et 500°C, par exemple 400Ό, 375° C, 350°C, ou 300°C.

La phase de suspension ou réduction de l’injection de carburant se termine lorsqu’au moins une des conditions suivantes est respectée : le lâcher de pied n’est plus établi, la demande en couple n’est plus nulle et/ou la durée du lâcher de pied de la demande en couple nulle ou de l’entraînement par un moteur/générateur dépasse un seuil prédéterminé.