Brevet FR2970292A1 — publié le 20120713

FILTRE A PARTICULES [000l L'invention concerne un filtre à particules pour une ligne d'échappement d'un moteur diesel. [0002 On connaît un filtre à particules pour une ligne d'échappement d'un moteur diesel, du type comportant des canaux délimités par des parois poreuses qui sont imprégnées, d'une part, d'un premier revêtement catalytique comprenant des premiers catalyseurs pour l'oxydation des imbrûlés issus du moteur, et, d'autre part, en amont du premier revêtement dans le sens du déplacement des gaz d'échappement, d'un second revêtement catalytique comprenant des seconds catalyseurs pour la réduction des oxydes d'azote issus du moteur. [0003i Le problème d'un tel filtre à particules est que dans le temps, par suite d'accumulation de suies à l'extrémité aval des canaux amont qui ont leur extrémité aval obturée afin d'obliger les gaz d'échappement à traverser les parois poreuses, une proportion de ces parois devient inaccessible, ce qui diminue l'efficacité du filtre. [0004 L'invention vise à résoudre cet inconvénient et à augmenter l'efficacité du filtre dans le temps. [0005i Selon l'invention, la concentration d'au moins l'un des premiers et seconds catalyseurs dans le filtre à particules du type précité est plus importante dans une 20 partie amont du filtre que dans une partie aval de ce dernier. [0006] Ainsi, en concentrant la quantité de catalyseurs dans la partie amont du filtre, la proportion de catalyseurs portés par la partie devenant inaccessible des parois poreuses est fortement réduite, et l'efficacité du filtre est améliorée dans le temps. [0007] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement 25 de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement la disposition d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement ; - la figure 2 illustre schématiquement la structure interne d'un filtre à particules 30 conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 3 illustre schématiquement la structure interne d'un filtre à particules conforme à un second mode de réalisation de la présente invention. [0008] De façon classique, un filtre à particules 1 est disposé dans une ligne d'échappement 2 d'un moteur diesel 3. A ce filtre à particules 1 est associé un injecteur de réducteur 4 qui débouche dans la ligne d'échappement 2 en amont du filtre 1, et qui est alimenté en réducteur par un réservoir 5. Le réducteur peut être par exemple de l'ammoniaque, de l'urée ou alors un hydrocarbure (le carburant). De plus, dans le présent exemple, deux détecteurs d'oxydes d'azote 6, 7 sont disposés dans la ligne d'échappement, l'un 6 en amont du filtre à particules 1 (et ici, en amont de l'injecteur de réducteur 4), l'autre 7 en aval du filtre à particules 1. Un système de contrôle 8 est relié au moteur 3, à l'injecteur de réducteur 4 et aux deux détecteurs d'oxydes d'azote 6, 7 afin d'optimiser la quantité de réducteur à introduire dans la ligne d'échappement. [0009 Le filtre à particules 1 comporte une extrémité amont 9 et une extrémité aval 10 et est traversé par les gaz d'échappement de l'extrémité amont 9 à l'extrémité aval 10. Le filtre 1 comporte des canaux 11 a, 11 b qui s'étendent longitudinalement de l'amont vers l'aval et qui sont délimités par des parois poreuses 12. Ces canaux 11 a, 11 b sont obturés soit au niveau de leur extrémité aval 13a, soit au niveau de leur extrémité amont 13b, afin d'obliger les gaz d'échappement de traverser les parois poreuses 12. [ool o De façon classique, le matériau poreux formant les parois poreuses peut comprendre au moins un composé céramique et/ou au moins un composé métallique. Parmi les composés céramiques, peuvent être utilisés (seul ou en combinaison) la cordierite (AI3Mg2AISi5O18), le carbure de silicium (SiC), le carbure de bore (B4C), le nitrure de silicium (Si3N4), le nitrure de bore (BN), le nitrure d'aluminium (AIN), l'alumine (Al2O3), le zircone (ZrO2), la mullite (A16Si2O13), le titanate d'aluminium (Al2TiO5), le borure de zirconium (ZrB2) et un sialon. Parmi les composés métalliques, peuvent être utilisés (seul ou en combinaison) le fer et le magnésium. De plus, afin de réaliser les parois, des éléments liants peuvent être utilisés pour relier entre eux les matériaux poreux. Ces éléments liants peuvent comprendre au moins un des éléments suivants : la cordierite (AI3Mg2AISi5O18), le carbure de silicium (SiC), le carbure de bore (B4C), le nitrure de silicium (Si3N4), le nitrure de bore (BN), le nitrure d'aluminium (AIN), l'alumine (AI2O3), le zircone (ZrO2), la mullite (AI6Si2O13), le titanate d'aluminium (Al2TiO5), le borure de zirconium (ZrB2) et un sialon. [0011] Les parois poreuses 12 sont imprégnées, d'une part, d'un premier revêtement catalytique 14 permettant l'oxydation catalytique des imbrûlés, et, d'autre part, en amont du premier revêtement 14, d'un second revêtement catalytique 15 permettant la réduction des oxydes d'azote. Cette imprégnation peut être faite à la surface des parois ou dans celles-ci. Ici, la surface amont des parois poreuses 12 est imprégnée par le second revêtement 15, et la surface aval par le premier revêtement 14. [0012] Le premier revêtement catalytique 14 comprend des premiers catalyseurs utilisés pour l'oxydation des imbrûlés issus de la combustion du carburant dans le moteur diesel 3. Usuellement, le premier revêtement catalytique 14 comprend au moins un des composés suivants : l'alumine (AI2O3), le dioxyde de titane (TiO2), l'oxyde de zirconium (ZrO2), l'oxyde de cérium IV (CeO2), l'oxyde d'yttrium (Y2O3), et supporte au moins un premier catalyseur parmi un métal précieux (tel que le platine (Pt), le palladium (Pd), le rhodium (Rh), le ruthénium (Ru), le rhénium (Re), l'or (Au), l'argent (Ag)) et/ou un métal de transition (tel que le scandium (Sc), le titane (Ti), le vanadium (V), le chrome (Cr), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cobalt (Co), le nickel (Ni), le cuivre (Cu) ou le zinc (Zn)). Le premier revêtement peut également comprendre des pièges à hydrocarbures tel que des zéolites et/ou des perovskite et/ou de l'argile. [0013] Le second revêtement catalytique 15 comprend des seconds catalyseurs utilisés pour la réduction des oxydes d'azote en réaction avec le réducteur injecté par l'injecteur 4. Usuellement, le second revêtement catalytique 15 comprend au moins un des composés suivants : l'alumine (Al2O3), le dioxyde de titane (TiO2), l'oxyde de zirconium (ZrO2), l'oxyde de cérium IV (CeO2), l'oxyde d'yttrium (Y2O3), la silice (SiO2) et supporte au moins un premier catalyseur parmi un métal précieux (tel que le platine (Pt), le palladium (Pd), le rhodium (Rh), le ruthénium (Ru), le rhénium (Re), l'or (Au), l'argent (Ag)) et/ou un métal de transition (tel que le scandium (Sc), le titane (Ti), le vanadium (V), le chrome (Cr), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cobalt (Co), le nickel (Ni), le cuivre (Cu) ou le zinc (Zn)) et/ou des perovskites et/ou des zéolites dopées par des métaux. [0014] Selon l'invention, la concentration d'au moins l'un des premiers et seconds catalyseurs dans le filtre à particules 1 est plus importante dans une partie amont du filtre que dans une partie aval de ce dernier. [0015] Dans les deux modes de réalisation, la différence de concentration se fait selon la direction longitudinale du filtre 1, c'est-à-dire selon la direction longitudinale des canaux 11a, 11 b et donc la direction générale de déplacement des gaz d'échappement dans le filtre 1. La concentration des catalyseurs est plus importante dans la partie amont d'un canal 11a, 11 b (proche de l'entrée du filtre 1) que dans sa partie aval (proche de la sortie du filtre 1). Ainsi, avec le temps, l'accumulation de suies 16 à l'extrémité aval 13a des canaux amont 11 a (obturés à cette extrémité 13a) a une influence moindre sur l'efficacité des réactions catalytiques, la majorité des catalyseurs restant accessibles. De plus, lors des phases de régénération, la température dans la partie amont du filtre 1 est plus faible que dans la partie aval, aussi, la concentration des catalyseurs dans la partie amont du filtre 1 entraîne une réduction de la proportion de catalyseurs désactivés pour cause de surchauffe. [0016] De façon plus précise, dans le premier mode de réalisation illustré à la figure 2, seule la concentration des seconds catalyseurs varie dans la direction longitudinale des canaux 11a, 11 b (ici, cette variation de concentration est due à la variation d'imprégnation des parois poreuses 12 en second revêtement catalytique 15) ; dans le second mode de réalisation illustré à la figure 3, la concentration des premiers et seconds catalyseurs varie dans la direction longitudinale des canaux 11 a, 11 b (ici, cette variation de concentration est due à la variation d'imprégnation des parois poreuses 12 en premier et second revêtements catalytiques 14, 15). [0017] Dans ces deux modes de réalisation, chaque canal 11a, 11 b comporte deux zones à concentration constante : une zone aval à faible concentration et une zone amont à concentration plus élevée. Evidement le nombre de zones à concentration constante pourrait être plus important, et la variation de concentration pourrait être continue. [0018] Par ailleurs, il est également possible que la différence de concentration se fasse selon la direction radiale du filtre 1, c'est-à-dire selon les deux directions perpendiculaires à la direction longitudinale des canaux 11 a, 11 b. Dans ce cas, la concentration des catalyseurs est plus importante dans la partie du filtre à particules 1 proche des parois de l'enceinte que dans son coeur. En effet, d'une part, les canaux 11a, 11 b proches des parois de l'enceinte sont soumis à des températures plus faibles que ceux disposés dans le centre du filtre 1 (et donc leur désactivation est moins importante), et, d'autre part, l'accumulation de suie est plus faible que dans les canaux 11 a, 11 b centraux. [0019] En utilisation, les gaz d'échappement comprenant, d'une part ceux issus de la combustion du carburant dans le moteur diesel 3 tels que le dioxyde de carbone, les hydrocarbures imbrûlés, les oxydes d'azote, et le monoxyde de carbone, et d'autre part, deux réducteurs introduits par l'injecteur 4, pénètrent dans le filtre à particules 1 par l'extrémité amont 9 de ce dernier (plus précisément, dans les canaux amont 11 a dont l'extrémité aval 13a est obturée). Dans le filtre 1 du fait de l'obturation de l'extrémité aval 13a des canaux amont 11a, d'une part, les gaz d'échappement traversent les parois poreuses 12 délimitant ces canaux amont 11 a des canaux aval 11 b dont l'extrémité amont 13b est obturée), et, d'autre part, les suies s'accumulent contre l'extrémité aval 13a des canaux amont 11 a réduisant d'autant l'accès aux parois poreuses 12. La plus faible concentration en catalyseurs dans les parties aval des parois poreuses 12 réduit d'autant l'influence de la perte d'accès à la partie aval de ces parois 12. Ainsi, avec une répartition de catalyseurs conforme à la présente invention, l'efficacité du filtre à particules 1 selon la présente invention est plus importante que celle d'un filtre classique, à une quantité de catalyseurs identique. REVENDICATIONS1. Filtre à particules (1) pour une ligne d'échappement d'un moteur diesel, le filtre comportant des canaux délimités par des parois poreuses imprégnées, d'une part, d'un premier revêtement catalytique (14) comprenant des premiers catalyseurs pour l'oxydation des imbrûlés, et, d'autre part, en amont du premier revêtement (14), d'un second revêtement catalytique (15) comprenant des seconds catalyseurs pour la réduction des oxydes d'azote, caractérisé en ce que la concentration d'au moins l'un des premiers et seconds catalyseurs dans le filtre à particules (1) est plus importante dans une partie amont du filtre (1) que dans une partie aval de ce dernier. 2. Filtre à particules (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration des premiers catalyseurs dans le filtre à particules (1) est plus importante dans une partie amont du filtre (1) que dans une partie aval de ce dernier. 3. Filtre à particules (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la concentration des seconds catalyseurs dans le filtre à particules (1) est plus importante dans une partie amont du filtre (1) que dans une partie aval de ce dernier. 4. Filtre à particules (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la variation de concentration d'au moins l'un des premiers et seconds catalyseurs dans le filtre à particules (1) est réalisée dans la direction longitudinale du filtre définie par la direction générale de déplacement des gaz. 5. Filtre à particules (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la variation de concentration d'au moins l'un des premiers et seconds catalyseurs dans le filtre à particules (1) est réalisée dans une direction radiale qui est une direction perpendiculaire à la direction longitudinale du filtre définie par la direction générale de déplacement des gaz, la concentration étant plus élevée dans la partie du filtre (1) proche des parois de l'enceinte le délimitant que dans son coeur.