Brevet FR3088369A1 — publié le 20200515

DESCRIPTION TITRE 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. 2 Selon un mode avantageux de l'invention, la phase catalytique comprend 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 5 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,51 02. Selon un mode avantageux de l'invention, la phase catalytique comprend de la pérovskite du type Lai-x-y Agx Sry B Os, B étant un des éléments de la liste : Fe, Mn, Cu 10 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,5 Ago.25 Sra25 Mn 03. Selon un mode avantageux de l'invention, la phase catalytique est imprégnée 15 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 20 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, 25 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 3 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. 5 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 outre, les matériaux utilisés dans la 10 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 15 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 20 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 25 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. 4 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 Lai-x-y Agx Sry B 03 avec x = 0 - 0,5 et 5 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 (Ce0,49Zr0,5102). L'argent est déposé sur un oxyde commercial de 10 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 Agx Sry B 03 avec x = 0 - 0,5 et y = 0 - 0,5. Le Sr peut être remplacé par Ca, Ba, K (alcalins et alcalinoterreux), 15 B est un élément de la liste Fe, Mn, Cu, Ti, Co, Ni. La pérovskite de composition LaosAg0,253r025Mn03 (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 C4H404 est 20 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. 25 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 5 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 5 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'Oz et 10% d'H20 dans l'He à 10 1/h et une introduction par 10 exemple de pulses (terme « anglo-saxon », bouffées d'air) de 2 secondes toutes les 7 minutes contenant 20% d'oxygène dans l'He, pulses représentatifs des levers de pied. Le réacteur est chauffé de 100°C à 680°C à une vitesse de 10°C/ min avec un plateau intermédiaire à 400°C et 350°C selon les besoins de l'expérience. La concentration des produits issus (CO et CO2) de la combustion des suies est mesurée 15 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 fournies pour le matériau : 20 - 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_LSAM » - à l'état vieilli : 25 - 4 heures à 980°C sous N2 et 10% d'eau, nommé « Ag-CZ vieilli » et LSAM vielli» 6 [Tableau 1] À 400°C/neuf % de la suie oxydée au bout de 4 pulses d'02 Taux d'oxydation de la suie (nombre de pulses) Suie seule 0% 0% Suie+fresh_Ag-CZ 60% 100% (12 pulses) Suie+fresh_LSAM 30% 70% (30 pulses) [Tableau 2] À 300°C/neuf % de la suie oxydée au bout de 4 pulses d'Oz Taux d'oxydation de la suie (nombre de pulse) Suie seule 0% 0% Suie+fresh_Ag-CZ 25% 50% (30 pulses) Suie+fresh_LSAM 8% 15% (30 pulses) 5 [Tableau 3] À 400°C/vieilli % de la suie oxydée au bout de 4 pulses d'Oz Taux d'oxydation de la suie (nombre de pulse) Suie seule 0% 0% Suie + Ag-CZ vieilli 30% 70% (30 pulses) Suie + LSAM vieilli 30% 45% (30 pulses) [Tableau 4] À 350°C/vieilli % de la suie oxydée au bout de 4 pulses d'02 Taux d'oxydation de la suie (nombre de pulse) Suie seule 0% 0% Suie + Ag-CZ vieilli 5% 20% (30 pulses) Les résultats sur les performances catalytiques d'oxydation de la suie montrent une 10 oxydation de la suie qui existe toujours à 350°C. 7 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. 5 En phase de roulage, le moteur 2 est configuré pour produire des pulses 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 10 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 400°C, 375°C, 350°C, ou 300°C. La phase de suspension ou réduction de l'injection de carburant se termine lorsqu'au 15 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 REVENDICATIONS1. Véhicule comprenant un moteur à combustion interne (2) et une ligne d'échappement (4) reliée au moteur à combustion interne (2), ladite ligne (4) étant dotée d'un filtre à particules (6) ; ledit filtre (6) comprenant un média filtrant et une phase catalytique, la phase catalytique ayant une capacité de stockage d'oxygène caractérisé en ce que ledit moteur (2) est du type à allumage commandé fonctionnant au moins dans des conditions stoechiométriques ; ledit moteur (2) est configuré pour couper l'injection de carburant ou fonctionner en mélange pauvre afin de charger ledit filtre (6) en oxygène. 2. Véhicule selon la revendication 1. caractérisé en ce que ladite phase catalytique comprend 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. 3. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ladite phase catalytique est au moins à base d'oxyde de cérine zirconium dopé à l'argent. 4. Véhicule selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'oxyde de cérine zirconium dopé à l'argent est du type Ceo 49 Zro 51 02. 5. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite phase catalytique comprend de la pérovskite du type Lai-x-y Agx Sry B Os, 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. 6. Véhicule selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite pérovskite est du type La0,5 Ag0,25 Sro.25 Mn Os. 7. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite phase catalytique est imprégnée directement à la surface de parois de 9 canaux entrants dudit filtre (6), déposée sur une membrane de filtration du filtre (6) à particules et/ou constitutive de la membrane. 8. Procédé de contrôle d'un véhicule comprenant un moteur à combustion interne (2) et une ligne d'échappement (4) reliée au moteur à combustion 5 interne (2), ladite ligne (4) étant dotée d'un filtre à particules (6), caractérisé en ce que ledit véhicule est selon l'une des revendications 1 à 7 et ledit procédé déclenche une phase de suspension de l'injection ou de fonctionnement en pauvre si chacune des conditions suivantes est respectée : 10 (a) il y a au moins un lâcher de pied conducteur, une demande en couple dudit moteur (2) nulle et/ou un entraînement dudit véhicule par un moteur/générateur; (b) la vitesse de rotation du moteur (2) est supérieure à un seuil minimal. 9. Procédé de contrôle d'un véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce 15 que le procédé comprend une condition supplémentaire : (c) la température dudit filtre (6) est inférieure à un seul prédéfini, notamment le seuil prédéfini étant compris entre 300 et 500°C. 10.Procédé de contrôle d'un véhicule selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que ladite phase de suspension ou de réduction de l'injection de 20 carburant se termine lorsqu'au moins une des conditions suivantes est respectée : ledit lâcher de pied n'est plus établi, ladite demande en couple n'est plus nulle et/ou la durée dudit lâcher de pied, de ladite demande en couple nulle ou de l'entraînement par un moteur/générateur dépasse un seuil prédéterminé. 25