Brevet FR3003898A1 — publié le 20141003

PROCEDE DE SIMULATION D'UN VIEILLISSEMENT D'UN ENSEMBLE MONOBLOC [0001] L'invention porte sur un procédé de simulation d'un vieillissement d'un ensemble dit « monobloc », qui comprend un filtre à particules comportant au moins une paroi interne indifféremment recouverte et/ou imprégnée d'un revêtement catalytique, l'ensemble monobloc étant destiné à être logé à l'intérieur d'une ligne d'échappement équipant un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. L'invention porte également sur un ensemble monobloc dont un état de vieillissement est simulé à partir par un tel procédé. L'invention porte également sur une ligne d'échappement logeant un tel ensemble monobloc. [0002] Un véhicule automobile est par exemple équipé d'un moteur à combustion interne, du type Diesel, pour pourvoir à son déplacement. Le moteur à combustion interne génère des gaz d'échappement qui sont évacués depuis le moteur à combustion interne vers un environnement extérieur par l'intermédiaire d'une ligne d'échappement. [0003] Les gaz d'échappements contiennent des polluants qu'il est préférable de ne pas rejeter dans l'environnement extérieur. De tels polluants sont par exemple des hydrocarbures imbrûlés, du monoxyde de carbone, des oxydes d'azote NOx (x étant égal à 1 ou 2) et/ou des particules. Pour éviter un rejet d'oxydes d'azote et de particules dans l'environnement extérieur, la ligne d'échappement loge un catalyseur de réduction pour réduire les oxydes d'azote et un filtre à particules pour retenir les particules. [0004] Le catalyseur de réduction et le filtre à particules constituent par exemple un ensemble monobloc. Dans ce cas, le filtre à particules est imprégné et/ou recouvert d'un revêtement catalytique qui est apte à réduire les oxydes d'azote préalablement à l'évacuation des gaz d'échappement vers l'environnement extérieur. Un tel ensemble monobloc assure conjointement une fonction de réduction des oxydes d'azote et une fonction de rétention/filtrage des particules. Un exemple type de bloc compact à double fonction est par exemple connu du brevet FR 2 954 184 auquel on pourra se reporter, notamment pour la description d'un filtre à particules. [0005] Au fur et à mesure de l'utilisation du moteur à combustion interne, l'ensemble monobloc s'encrasse et se dégrade. L'évolution de cette dégradation au cours du temps est une donnée qu'il est souhaitable de connaître. Plus particulièrement, il est souhaitable de connaître une usure prématurée de l'ensemble monobloc au fur et à mesure d'une utilisation de ce dernier, notamment en vue de connaître à un instant donné un état de vieillissement de l'ensemble monobloc. [0006] Il est connu de réaliser des procédures d'endurance du véhicule automobile pour déterminer en temps réel la dégradation de l'ensemble monobloc. [0007] Il est aussi connu de réaliser des procédures d'endurance de l'ensemble monobloc sur un banc d'essai moteur, à l'intérieur d'un four, voire à l'aide d'un brûleur. [0008] De telles procédures nécessitent des installations appropriées qui sont coûteuses, longues à mettre en oeuvre et consommatrices de matériels et/ou de main d'ceuvre. Elles sont compliquées, par rapport à des procédures d'endurance de filtres à particules sans revêtement catalytique, par le fait d'un vieillissement pas nécessaire homogène du revêtement sur la longueur du filtre à particules. [0009] La présente invention vient améliorer la situation. Elle vise notamment à mettre au point un procédé simulant le vieillissement d'un filtre à particules muni d'une composition catalytique qui soit fiable, aisé à mettre en oeuvre. [0010] L'objet de la présente invention est un procédé de simulation d'un vieillissement d'un ensemble monobloc qui comprend un filtre à particules comportant au moins une paroi interne indifféremment recouverte et/ou imprégnée d'un revêtement catalytique. L'ensemble monobloc est destiné à être logé à l'intérieur d'une ligne d'échappement équipant un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. [0011] Le filtre à particules étant à base d'une matrice poreuse en céramique le plus souvent, les termes « recouvert et/ou imprégné » et « recouvrement et/ou imprégnation» sont à comprendre au sens de l'invention comme le fait que le revêtement catalytique est déposé sur les parois du filtre à particules de façon à les imprégner, et, éventuellement à les recouvrir également en surface en tout ou partie. [0012] La présente invention est un procédé de recouvrement et/ou d'imprégnation du filtre à particules selon une répartition hétérogène du revêtement catalytique de réduction dans ou sur la paroi interne du filtre à particules. L'ensemble constitue un monobloc. [0013] En un point quelconque de l'ensemble monobloc, une teneur en revêtement catalytique est préférentiellement une fonction d'une distance entre une face d'entrée de l'ensemble monobloc et ledit point. La teneur en revêtement est donc variable, notamment selon la longueur du filtre à particules. [0014] Ladite fonction est préférentiellement une fonction croissante ou décroissante. [0015] Ladite fonction est par exemple une fonction linéaire. [0016] Ladite fonction est par exemple une fonction sigmoïde. [0017] Ladite fonction est par exemple une fonction en escalier, par paliers. [0018] Le procédé comprend de préférence une étape de conversion d'un état de vieillissement de l'ensemble monobloc en une teneur en revêtement catalytique, ladite étape de conversion étant antérieure à ladite étape de recouvrement/imprégnation. [0019] De préférence, l'étape de conversion comprend une première étape de détermination d'une réduction d'oxydes d'azote par l'ensemble monobloc en fonction de la teneur en revêtement catalytique sur la paroi interne et une deuxième étape de détermination d'un taux de réduction d'oxyde d'azote en fonction de l'état de vieillissement de l'ensemble monobloc. [0020] Un ensemble monobloc de la présente invention est un ensemble monobloc dont un état de vieillissement est simulé à partir d'un tel procédé, l'ensemble monobloc comprenant un filtre à particules comportant au moins une paroi interne indifféremment recouverte et/ou imprégnée d'un revêtement catalytique apte à simuler un état de vieillissement de l'ensemble monobloc. [0021] L'invention a également pour objet un ensemble monobloc comprenant un filtre à particules comportant au moins une paroi interne indifféremment recouverte et/ou imprégnée d'un revêtement catalytique , l'ensemble monobloc étant destiné à être logé à l'intérieur d'une ligne d'échappement équipant un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, où le recouvrement et/ou l'imprégnation de la paroi interne par le revêtement catalytique est réalisé avec une répartition hétérogène du revêtement catalytique dans ou sur la paroi interne du filtre à particules, avec, en un point quelconque de l'ensemble monobloc, la teneur en revêtement catalytique qui est une fonction d'une distance entre une face d'entrée de l'ensemble monobloc et ledit point. [0022] Une ligne d'échappement de la présente invention est une ligne d'échappement équipant un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, la ligne d'échappement étant principalement reconnaissable en ce que la ligne d'échappement loge au moins un tel ensemble monobloc. [0023] 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 les figures de la planche annexée, dans lesquelles : - La figure 1 est une vue schématique d'une ligne d'échappement équipant un moteur à combustion interne. - La figure 2 est une vue schématique d'un ensemble monobloc qui équipe la ligne d'échappement illustrée sur la figure précédente. La figure 3 est une courbe illustrant une teneur en revêtement catalytique d'un point de l'ensemble monobloc en fonction d'une distance entre ledit point et une face d'entrée que comprend l'ensemble monobloc illustré sur la figure 2. [0024] La figure 4 est une illustration schématique d'un procédé de la présente invention. [0025] Sur la figure 1, un véhicule automobile pourvu d'un moteur à combustion interne 1 génère des gaz d'échappement 2 qui contiennent des polluants. Parmi les polluants, on distingue des hydrocarbures, du monoxyde de carbone, des oxydes d'azote NO x (x étant égal à 1 ou 2) et des particules. Il est souhaité de ne pas rejeter dans un environnement extérieur 3 au véhicule automobile ces polluants. A cet effet, il est effectué un traitement des polluants préalablement à leur rejet dans l'environnement extérieur 3. Plus particulièrement, les gaz d'échappement 2 sont traités à l'intérieur d'une ligne d'échappement 4 qui équipe le moteur à combustion interne 1 et qui est prévue pour véhiculer les gaz d'échappement 2 depuis le moteur à combustion interne 1 vers l'environnement extérieur 3. [0026] Dans le cas particulier où le moteur à combustion interne 1 est un moteur du type Diesel, la ligne d'échappement 4 loge fréquemment un catalyseur d'oxydation 5, puis un ensemble monobloc 9, selon un sens de circulation 8 des gaz d'échappement 2 à l'intérieur de la ligne d'échappement 4. [0027] Le catalyseur d'oxydation 5 est un système qui permet de traiter les hydrocarbures et le monoxyde d'azote. Le catalyseur d'oxydation 5 est prévu pour assurer un ratio NO2/NOx en aval du catalyseur d'oxydation 5 selon ledit sens de circulation 8, qui est suffisamment élevé, notamment supérieur 50%, pour permettre ensuite un traitement optimal des oxydes d'azote par l'ensemble monobloc 9. A cet effet, il est connu d'injecter à l'intérieur de la ligne d'échappement 4 en amont de l'ensemble monobloc 9 un agent réducteur qui favorise la réaction de réduction des oxydes d'azote à l'intérieur de l'ensemble monobloc 9. [0028] L'ensemble monobloc 9 comprend un filtre à particules 7 qui est destiné à retenir des particules, telle que des particules de carbone ou analogue, véhiculées par les gaz d'échappement 2. Le filtre à particules 7 comprend un support poreux par exemple en carbure de silicium qui retient les particules véhiculées par les gaz d'échappement 2. A cet effet, le support poreux comprend au moins une paroi interne 13 le long de laquelle les gaz d'échappement 2 s'écoulent. La paroi interne 13 est indifféremment recouverte et/ou imprégnée d'un revêtement catalytique 6 qui est apte à réduire les oxydes d'azote. Le revêtement catalytique 6 comprend par exemple au moins un revêtement à base de zéolithes, par exemple du type décrit dans le brevet EP-2 409 760. Ces dispositions sont telles que l'ensemble monobloc 9 assure conjointement une fonction de filtre et de rétention des particules ainsi qu'une fonction de réduction des oxydes d'azote. [0029] Au fur et à mesure de son utilisation, l'ensemble monobloc 9 se sature et se colmate, notamment par une accumulation des particules. [0030] Il est connu de brûler les particules accumulées en utilisant un excès d'oxygène à l'intérieur des gaz d'échappement 2, lors d'une phase de régénération de l'ensemble monobloc 9. Les particules sont brulées à une température des gaz d'échappement 2 qui est comprise entre 600°C et 650°C, ou qui est compise entre 450°C et 550°C en présence d'un additif d'aide à la régénération. Lors de la phase de régénération, des réactions exothermiques locales peuvent engendrer des températures très élevées, notamment supérieures à 1000°C. De telles températues sont susceptibles d'endommager fortement l'ensemble monobloc 9. [0031] Sur la figure 2, l'ensemble monobloc 9 comprend une face d'entrée 10 des gaz d'échappement 2 et une face de sortie 11 des gaz d'échappement 2. La face d'entrée 10 est la face à travers laquelle les gaz d'échappement 2 pénètrent à l'intérieur de l'ensemble monobloc 9. La face de sortie 11 est la face à travers laquelle les gaz d'échappement 2 sont évacués hors de l'ensemble monobloc 9. La face d'entrée 10 et la face de sortie 11 sont éloignés l'une de l'autre d'une longueur L. Chaque point P de la paroi interne 13 de l'ensemble monobloc 9 est situé à une distance X de la face d'entrée 10. La distance X est comprise entre 0 et L. [0032] La présente invention propose de simuler un état de vieillissement de l'ensemble monobloc 9 à partir d'une variation d'une teneur C en revêtement catalytique d'un quelconque point P de l'ensemble monobloc 9 en fonction d'une distance X à laquelle se trouve le point P par rapport à la face d'entrée 10. [0033] Sur la figure 3, trois exemples de fonction F1,F2,F3 de répartition de la teneur C en fonction de la distance X sont représentés. Lesdites fonctions F1,F2,F3 sont avantageusement des fonctions croissantes, de telle sorte que plus la distance X augmente, plus la teneur C en revêtement catalytique 6 de l'ensemble monobloc 9 augmente. Selon les exemples illustrés, une première fonction Fi est une fonction linéaire, une deuxième fonction F2 est une fonction sigmoïde et une troisième fonction F3 est une fonction en escalier, lesdites fonctions étant indifféremment des fonctions régulières ou irrégulières. [0034] En se reportant sur la figure 4, le procédé comprend une étape de recouvrement Al de la paroi interne 13 par le revêtement catalytique 6 selon l'une des fonctions susvisées fonctions Fi, F2, F3. [0035] Préalablement, le procédé comprend une étape de conversion AO d'un état de vieillissement de l'ensemble monobloc 9 en la teneur C en revêtement catalytique 6. [0036] Plus particulièrement, l'étape de conversion AO comprend une première étape de détermination A2 d'une réduction d'oxydes d'azote par l'ensemble monobloc 9 en fonction de la teneur C en revêtement catalytique 6 sur la paroi interne 13 et une deuxième étape de détermination A3 d'un taux de réduction d'oxyde d'azote en fonction de l'état de vieillissement de l'ensemble monobloc 9. [0037] L'ensemble de ces dispositions permet de corréler un état de vieillissement de l'ensemble monobloc avec une répartition décroissante du revêtement catalytique le long de la paroi interne de l'ensemble monobloc depuis la face d'entrée vers la face de sortie dudit ensemble monobloc. [0038] L'invention s'applique à la simulation du vieillissement d'un filtre à particules muni d'un revêtement catalytique au sens large, qui peut avoir une autre fonction de dépollution que la réduction des NOx, par exemple avoir une fonction d'oxydation d'hydrocarbures HO ou de monoxyde de carbone CO. [0039] L'invention permet de simuler le vieillissement d'un filtre à particules catalysé, exploitant la mise en évidence que le filtre à particules tend à être à des températures plus élevées dans sa partie aval que dans sa partie amont (en comprenant « amont » et « aval » comme des termes se rapportant au sens d'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement, du moteur vers l'environnement extérieur). Cela est notamment observé lors des phase de régénération thermique du filtre, opérées périodiquement pour bruler les particules accumulées dans le filtre, qui provoquent une forte surchauffe différenciée du filtre de sa partie amont à sa partie aval. [0040] En faisant varier la teneur en revêtement catalytique selon la longueur du filtre à particules, on peut simuler l'usure différenciée du revêtement, qui tend à être plus prononcée dans la partie avale du filtre soumise aux plus fortes températures. Ainsi, on va pouvoir simuler le vieillissement en modifiant, notamment en diminuant, (ou en augmentant) la quantité de revêtement catalytique d'amont en aval, ou selon toute répartition différenciée appropriée suivant le type de revêtement catalytique utilisé. [0041] L'invention propose ainsi de décomposer le filtre en zones thermiques différentes disposées le long de l'axe longitudinal, avec, pour chaque zone, une teneur en revêtement catalytique en adéquation avec la contrainte thermique de la zone en question. La teneur peut évoluer progressivement, de façon graduelle. On peut ainsi constituer des abaques donnant la correspondance entre la zone du filtre considérée et la teneur en revêtement catalytique à prévoir pour avoir une simulation correcte du vieillissement du filtre.10 REVENDICATIONS1. Procédé de simulation d'un vieillissement d'un ensemble monobloc (9) qui comprend un filtre à particules (7) comportant au moins une paroi interne (13) indifféremment recouverte et/ou imprégnée d'un revêtement catalytique (6), l'ensemble monobloc (9) étant destiné à être logé à l'intérieur d'une ligne d'échappement (4) équipant un moteur à combustion interne (1) d'un véhicule automobile, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de recouvrement et/ou d'imprégnation (A1) de la paroi interne (13) par le revêtement catalytique (6) selon une répartition hétérogène du revêtement catalytique (6) dans et/ou sur la paroi interne (13) du filtre à particules. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'en un point (P) quelconque de l'ensemble monobloc (9), une teneur (C) en revêtement catalytique (6) est une fonction (F1, F2, F3) d'une distance (X) entre une face d'entrée (10) de l'ensemble monobloc (9) et ledit point (P). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite fonction (F1, F2, F3) est une fonction croissante ou décroissante. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite fonction (F1, F2, F3) est une fonction linéaire (F1). 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite fonction (F1, F2, F3) est une fonction sigmoïde (F2)- 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite fonction (F1, F2, F3) est une fonction en escalier (F3). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en que le procédé comprend une étape de conversion (A0) d'un état de vieillissement de l'ensemble monobloc (9) en une teneur (C) en revêtement catalytique (6), ladite étape de conversion (A0) étant antérieure à ladite étape de recouvrement (A1). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de conversion (A0) comprend une première étape de détermination (A2) d'une réduction d'oxydes d'azote par l'ensemble monobloc (9) en fonction de la teneur (C) en revêtement catalytique (6) sur la paroi interne (13) et une deuxième étape de détermination (A3) d'un taux de réduction d'oxyde d'azote en fonction de l'état de vieillissement de l'ensemble monobloc (9). 9. Ensemble monobloc (9) obtenu à partir d'un procédé selon l'une des revendications précédentes, l'ensemble monobloc (9) comprenant un filtre à particules (7) comportant au moins une paroi interne (13) indifféremment recouverte et/ou imprégnée d'un revêtement catalytique (6) apte à simuler un état de vieillissement de l'ensemble monobloc (9). 10. Ensemble monobloc (9) comprenant un filtre à particules (7) comportant au moins une paroi interne (13) indifféremment recouverte et/ou imprégnée d'un revêtement catalytique (6), l'ensemble monobloc (9) étant destiné à être logé à l'intérieur d'une ligne d'échappement (4) équipant un moteur à combustion interne (1) d'un véhicule automobile, caractérisé en ce que le recouvrement et/ou l'imprégnation de la paroi interne (13) par le revêtement catalytique (6) est réalisé avec une répartition hétérogène du revêtement catalytique (6) dans ou sur la paroi interne (13) du filtre à particules, avec, en un point (P) quelconque de l'ensemble monobloc (9), la teneur (C) en revêtement catalytique (6) qui est une fonction (F1,F2f3) d'une distance (X) entre une face d'entrée (10) de l'ensemble monobloc (9) et ledit point (P).