Brevet FR2986562A1 — publié le 20130809

CATALYSEUR D'OXYDATION DESTINE A EQUIPER UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT D'UN VEHICULE AUTOMOBILE pool L'invention relève du domaine des dispositifs d'échappement comportant des moyens pour traiter des gaz d'échappement produits par un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile. Elle a pour objet un catalyseur d'oxydation destiné à équiper une ligne d'échappement du véhicule automobile. Elle a aussi pour objet une telle ligne d'échappement. [0002] Le document de brevet FR 2,393,145 (CATERPILLAR TRACTOR CO) décrit un procédé et un dispositif d'épuration par voie catalytique de gaz d'échappement produits par un moteur à combustion interne. Un tel procédé et un tel dispositif visent à réduire l'oxyde nitrique contenu dans les gaz d'échappement à partir d'une réaction avec de l'ammoniac. [0003] Le procédé consiste à mettre en contact un courant de gaz d'échappement contenant de l'oxyde nitrique et de l'oxygène avec de l'ammoniac et avec un premier lit de catalyse comportant un oxyde inorganique poreux afin de former un premier courant effluent contenant de l'oxygène, de l'ammoniac et de l'oxyde nitrique réduit. [0004] Le premier courant effluent est ensuite mis au contact d'un second lit de catalyse comportant un catalyseur d'oxydation disposé sur un support constitué par un oxyde organique poreux afin de former un deuxième courant effluent pratiquement exempt d'oxyde nitrique et d'ammoniac. [0005] Le premier lit de catalyse est composé d'un nombre quelconque de catalyseurs inorganiques poreux connus pour catalyser la réduction de l'oxyde nitrique par l'ammoniac. Les oxydes inorganiques poreux utilisés à cette fin comprennent l'alumine, la zircone, la silice, la magnésie, les composés silice-alumine, silice-magnésie, alumine-magnésie, alumine-silice-magnésie, le ponce ou la pumite, l'alundum, l'oxyde de titane et diverses compositions d'oxyde. Parmi les catalyseurs satisfaisants constitués par des métaux ou des oxydes métalliques sur de l'alumine, on connait le molybdate d'alumine, le vanadium sur l'alumine, le fer-chrome sur l'alumine et le cuivre sur l'alumine. Les oxydes inorganiques utilisés comprennent un aluminosilicate zéolitique (zéolite). [0006] Le deuxième lit de catalyse contient un catalyseur fortement oxydant. Le catalyseur est disposé sur un support constitué par un oxyde inorganique poreux. Le catalyseur est généralement constitué par un métal noble du groupe VIIIB tel que le platine, le palladium, le ruthénium, le rhodium, l'osmium, l'iridium, etc... [0007] Des inconvénients d'une telle approche résident dans un coût prohibitif d'un tel dispositif et une complexité de mise en oeuvre d'un tel procédé. [000s] Un but de la présente invention est de proposer un catalyseur d'oxydation 10 pour le traitement de gaz d'échappement produits par un moteur à combustion interne qui soit peu coûteux, simple et efficace. Un autre but est de proposer une ligne d'échappement comprenant un tel catalyseur d'oxydation. [0009] Un catalyseur d'oxydation de la présente invention est un catalyseur d'oxydation destiné à équiper une ligne d'échappement en relation avec un 15 moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. [0olo] Selon la présente invention, le catalyseur d'oxydation comprend : - une première couche contenant du platine et du palladium, et - une deuxième couche contenant du platine. pou ] Le catalyseur d'oxydation comprend avantageusement un revêtement 20 spécifique apte à stocker des oxydes d'azote. [0012] Le catalyseur d'oxydation comporte avantageusement une densité de cellules comprise entre 550 cellules par pouce carré et 650 cellules par pouce carré, soit une densité de cellules comprise entre 85 cellules par cm2 et 100 cellules par cm2. 25 [0013] Le catalyseur d'oxydation comporte avantageusement au moins une paroi externe d'une épaisseur comprise entre 1,8 micropouce et 3,8 micropouces, soit une paroi externe d'une épaisseur comprise entre 45 micromètres et 96 micromètres. [0014] Une ligne d'échappement de la présente invention est principalement reconnaissable en ce que la ligne d'échappement comprend successivement, selon un sens d'écoulement des gaz d'échappement à l'intérieur de la ligne d'échappement, le catalyseur d'oxydation, l'injecteur et le catalyseur de réduction. [0015] La première couche est avantageusement disposée sur la ligne d'échappement en amont de la deuxième couche selon le sens d'écoulement des gaz d'échappement à l'intérieur de la ligne d'échappement. [0016] L'injecteur est avantageusement en relation avec une source de réducteur qui est indifféremment une source de réducteur gazeux, une source de réducteur liquide ou une source de réducteur solide. [0017] Le catalyseur de réduction est avantageusement un catalyseur à base de zéolithes échangées au fer, dans le sens où le catalyseur d'oxydation de la présente invention est optimisé pour produire un maximum de NO2 et mettre ainsi le catalyseur de réduction à base de zéolithes échangées au fer dans les meilleures conditions. [0018] Un véhicule automobile de la présente invention comprend un moteur à combustion interne et une telle ligne. [0019] Le moteur à combustion interne est préférentiellement un moteur du type Diesel. [0020] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va en être faite d'exemples de réalisation, en relation avec la figure de la planche annexée, dans laquelle la figure unique est une vue schématique d'une ligne d'échappement de la présente invention. [0021] Sur la figure unique, un véhicule automobile est équipé d'un moteur à combustion interne 1, tel qu'un moteur Diesel. Ce dernier produit des gaz d'échappement 2 qui sont rejetés vers un environnement extérieur 3. A cette fin, le moteur à combustion interne 1 est équipé d'une ligne d'échappement 4 qui véhicule les gaz d'échappement 2 depuis le moteur à combustion interne 1 vers l'environnement extérieur 3. [0022] La ligne d'échappement 4 est équipée d'un dispositif de traitement 5 des gaz d'échappement 2 pour réduire au maximum une émission de polluants vers l'environnement extérieur 3. Les polluants traités sont notamment le monoxyde de carbone CO, les hydrocarbures imbrûlés HC et les oxydes d'azote NOx (x étant égal à 1, 2 et/ou 3). [0023] Le dispositif de traitement 5 comprend un catalyseur d'oxydation DOC qui est apte à éliminer le monoxyde de carbone CO et les hydrocarbures imbrûlés HC. [0024] Selon la présente invention, le catalyseur d'oxydation DOC est un catalyseur à deux couches 6,7 comprenant : - une première couche 6 contenant du platine Pt et du palladium Pd, et - une deuxième couche 7 contenant du platine Pt. [0025] La première couche 6 est disposée en amont de la deuxième couche 7 selon un sens d'écoulement 8 des gaz d'échappement 2 à l'intérieur de la ligne d'échappement 4 et du catalyseur d'oxydation DOC, de telle sorte que les gaz d'échappement 2 traversent en premier lieu la première couche 6, puis la deuxième couche 7. La première couche 6, contenant du platine Pt et du palladium Pd, permet une dégradation du monoxyde de carbone CO et des hydrocarbures imbrûlés à moindre coût, notamment en raison d'un coût moindre du palladium Pd vis-à-vis d'un coût du platine Pt. La deuxième couche 7, contenant du platine Pt, est optimisée pour catalyser la réaction d'oxydation du monoxyde d'azote NO en dioxyde d'azote NO2. Ainsi, le catalyseur DOC de la présente invention offre le meilleur compromis entre une telle réaction d'oxydation de NO en NO2 optimisée et une telle réaction de dégradation optimisée de CO et de HC. [0026] En aval du catalyseur d'oxydation DOC selon ledit sens d'écoulement 8, la ligne d'échappement 4 loge un injecteur 9 qui est apte à délivrer à l'intérieur de la ligne d'échappement 4 un réducteur ou un précurseur de réducteur. A cet effet, l'injecteur 9 est en relation avec une source de réducteur 10 qui stocke indifféremment un réducteur liquide du type formate de guanine, un réducteur gazeux du type ammoniaque sous pression ou encore un précurseur solide du type sels d'ammoniac. [0027] En aval de l'injecteur 9 selon ledit sens d'écoulement 8, la ligne d'échappement 4 loge un catalyseur de réduction SCR, à l'intérieur duquel se produit une réaction de réduction des oxydes d'azote NON. Le catalyseur de réduction SCR est préférentiellement un catalyseur à base de zéolithes échangées au fer. [0028] Le catalyseur d'oxydation DOC comprend un revêtement spécifique 11 qui permet de stocker tout ou partie des oxydes d'azote NON. Autrement dit, le catalyseur d'oxydation assure une fonction d'adsorbeur d'oxydes d'azote NON qui est associée à la fonction d'oxydation du catalyseur d'oxydation DOC. [0029] Le catalyseur d'oxydation DOC comporte une haute densité de cellules, typiquement comprise entre 550 cellules par pouce carré et 650 cellules par pouce carré. Le catalyseur d'oxydation DOC comporte également des parois externes de faible épaisseur, typiquement comprises entre 1,8 micropouce et 3,8 micropouces (paroi externe d'une épaisseur comprise entre 45 micromètres et 96 micromètres). Ces dispositions visent à améliorer une efficacité de conversion du monoxyde de carbone CO et des hydrocarbures imbrûlés HC, ainsi qu'une faculté à transformer le monoxyde d'azote NO en dioxyde d'azote NO2. [0030] Ces dispositions sont telles que le catalyseur de réduction SCR à base de zéolithes échangées au fer présente un rendement de réduction des oxydes d'azote qui est supérieur à celui d'un catalyseur de réduction à base de cuivre Cu. REVENDICATIONS1.- Catalyseur d'oxydation (DOC) destiné à équiper une ligne d'échappement (4) en relation avec un moteur à combustion interne (1) d'un véhicule automobile, caractérisé en ce que le catalyseur d'oxydation (DOC) comprend : - une première couche (6) contenant du platine (Pt) et du palladium (Pd), et - une deuxième couche (7) contenant du platine (Pt). Catalyseur d'oxydation (DOC) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le catalyseur d'oxydation (DOC) comprend un revêtement spécifique (11) apte à stocker des oxydes d'azote (NOx). Catalyseur d'oxydation (DOC) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le catalyseur d'oxydation (DOC) comporte une densité de cellules comprise entre 85 cellules par cm2 et 100 cellules par cm2. Catalyseur d'oxydation (DOC) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le catalyseur d'oxydation (DOC) comporte au moins une paroi externe d'une épaisseur comprise entre 45 micromètres et 96 micromètres. Ligne d'échappement (4) comprenant un catalyseur d'oxydation (DOC) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ligne d'échappement (4) comprend successivement, selon un sens d'écoulement (8) des gaz d'échappement (2) à l'intérieur de la ligne 25 d'échappement (4), le catalyseur d'oxydation (4), l'injecteur (9) et le catalyseur de réduction (SCR). 6.- Ligne d'échappement (4) selon la revendication 5, caractérisée en ce que la première couche (6) est disposée sur la ligne d'échappement (4) en amont 2.- 3.- 4.- 5.-de la deuxième couche (7) selon le sens d'écoulement (8) des gaz d'échappement (2) à l'intérieur de la ligne d'échappement (4). 7.- Ligne d'échappement (4) selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que l'injecteur (9) est en relation avec une source de réducteur (10) qui est indifféremment une source de réducteur gazeux, une source de réducteur liquide ou une source de réducteur solide. 8.- Ligne d'échappement (4) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que le catalyseur de réduction (SCR) est un catalyseur à base de zéolithes échangées au fer. 9.- Véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne (1) et une ligne d'échappement (4) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8. 10.- Véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moteur à combustion interne (1) est un moteur du type Diesel.