Brevet FR3158119A1 — publié le 20250711

L’invention concerne un véhicule automobile à moteur thermique à essence comportant un châssis et une ligne d’échappement, ledit moteur thermique émettant des gaz d’échappement comportant des hydrocarbures et des oxydes d’azote, ladite ligne d’échappement comportant un premier catalyseur et un filtre à particules, caractérisé en ce que ladite ligne d’échappement comporte un piège à hydrocarbures configuré pour capturer par adsorption les hydrocarbures présentant une phase condensable, ledit piège à hydrocarbures étant disposé sous ledit châssis. En outre, l’invention concerne un procédé d’élimination de la phase condensable des hydrocarbures émis par ledit véhicule. Figure 1 VEHICULE AUTOMOBILE A MOTEUR THERMIQUE COMPORTANT UN PIEGE A HYDROCARBURES PERMETTANT L’EVAPORATION DE LA PHASE CONDENSABLE DES HYDROCARBURES ET PROCEDE ASSOCIE L’invention porte sur les véhicules automobiles à moteur thermique fonctionnant à l’essence, et plus particulièrement sur le traitement des émissions polluantes de ces véhicules. Il est connu de l’art antérieur une demande de brevet US10781735 qui décrit un système de réduction des émissions de gaz d’échappement pour un moteur thermique fonctionnant à l’essence. Le système comporte un appareil de traitement des gaz d’échappement comprenant un piège à oxydes d’azote et un piège à hydrocarbures. Le moteur présente un état d’échappement pauvre durant lequel les émissions sont réduites et un état d’échappement riche durant lequel les émissions sont importantes. En outre, le système comporte une unité de commande configurée pour prolonger l’état d’échappement pauvre durant une période de désorption des hydrocarbures piégés dans ledit piège à hydrocarbures de façon que la réduction des émissions d’hydrocarbures pendant ladite période de désorption est favorisée. La désorption est le passage d’un état adsorbé par la surface d’un solide à un état gazeux. Cependant, un inconvénient subsiste. Lors du démarrage dudit véhicule, les hydrocarbures présentent une phase condensable. La phase condensable ne peut pas être éliminée par un système de dépollution classique. L’invention décrite dans la demande de brevet ne permet pas la désorption de la phase condensable, mais uniquement la gestion de la désorption des hydrocarbures avant leur élimination. L’objectif de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un moyen permettant la désorption de la phase condensable des hydrocarbures. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un véhicule automobile à moteur thermique à essence comportant un châssis et une ligne d’échappement, ledit moteur thermique étant apte à émettre des gaz d’échappement comportant des hydrocarbures et des oxydes d’azote, ladite ligne d’échappement comportant un premier catalyseur et un filtre à particules, remarquable en ce que ladite ligne d’échappement comporte un piège à hydrocarbures configuré pour capturer par adsorption les hydrocarbures présentant une phase condensable, ledit piège à hydrocarbures étant disposé sous ledit châssis. Grâce à l’invention, l’efficacité du traitement de la phase condensable des hydrocarbures est améliorée sans avoir à intégrer un nouveau catalyseur au véhicule. Le véhicule rejette ainsi moins de particules nocives dans l’environnement. De préférence, ledit premier catalyseur est un catalyseur trois voies. Le catalyseur trois voies permet le traitement du monoxyde de carbone, des oxydes d’azote et des hydrocarbures non brûlés. Avantageusement, ledit véhicule comporte un second catalyseur disposé sous ledit châssis, ledit second catalyseur étant disposé en amont ou en aval dudit piège à hydrocarbures. La présence du second catalyseur améliore les capacités de traitement des gaz d’échappement. De préférence, ledit piège à hydrocarbures comporte une solution d’imprégnation présentant au moins un élément chimique métallique naturel rare. Avantageusement, ledit au moins un élément chimique métallique naturel rare est un élément permettant de réduire les émissions d’hydrocarbures, de préférence le platine ou le palladium. Le platine et le palladium sont aptes à traiter les hydrocarbures avec une meilleure efficacité. De préférence, ledit au moins un élément chimique métallique naturel rare est un élément permettant de réduire les émissions d’oxydes d’azote, de préférence le rhodium. L’ajout de rhodium à la solution d’imprégnation permet le traitement des oxydes d’azote. Avantageusement, ledit piège à hydrocarbures comporte au moins une zéolithe. La zéolithe permet le stockage des hydrocarbures dans le piège à hydrocarbures. Les zéolithes de type MFI présentent les avantages d’être thermiquement stables et hydrophobes. Ainsi, elles sont particulièrement absorbantes. En outre, l’invention concerne un procédé d’élimination de la phase condensable des hydrocarbures émis par ledit véhicule automobile à moteur thermique précédemment décrit, remarquable en ce que ledit procédé comportant les étapes suivantes : - une étape de stockage des hydrocarbures dans ledit piège à hydrocarbures ; - une étape de chauffage des hydrocarbures engendrant une désorption de la phase condensable des hydrocarbures qui est convertit en dioxyde de carbone et en vapeur d’eau. Le procédé permet également de limiter la formation de particules secondaires, autrement nommées aérosols organiques secondaires, grâce à l’élimination de la phase condensable des hydrocarbures, qui sont des précurseurs de ces aérosols organiques secondaires. De préférence, lors de ladite étape de chauffage, les hydrocarbures sont chauffés à une température comprise entre 170°C et 200°C. L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles : FIG. 1 illustre schématiquement, sous la forme d’un logigramme, un procédé d’élimination de la phase condensable des hydrocarbures émis par un véhicule automobile à moteur thermique à essence selon un mode de réalisation de l’invention ; FIG. 2 illustre des graphiques présentant les résultats d’essais sur cycle reproduisant les conditions de conduite du véhicule en extérieur pour démontrer l’efficacité de l’invention à réduire les émissions de particules secondaires. Il est illustré schématiquement sur la FIG. 1 , sous la forme d’un logigramme, un procédé d’élimination de la phase condensable des hydrocarbures émis par un véhicule automobile à moteur thermique à essence selon un mode de réalisation de l’invention. Le moteur thermique émet des gaz d’échappement comportant du monoxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés et des oxydes d’azote dû à la combustion de l’essence par ledit moteur thermique. Les hydrocarbures sont des molécules organiques composées d’atomes d’hydrogène et de carbone. Les hydrocarbures se trouvent naturellement dans les combustibles fossiles et sont utilisés comme source d’énergie, c’est-à-dire comme carburant. Le véhicule comporte un châssis et une ligne d’échappement. La ligne d’échappement est un ensemble d’éléments dont le rôle est de conduire les gaz d’échappement émis par le moteur lors de la combustion du carburant, en l’espèce de l’essence, vers l’extérieur dudit véhicule. La ligne d’échappement comporte un premier catalyseur et un filtre à particules. Un catalyseur est un élément dans lequel les gaz émis lors de la combustion de l’essence sont convertis en d’autres gaz dont la nocivité est réduite. De préférence, le premier catalyseur est un catalyseur trois voies. Le catalyseur trois voies agit en trois phases pour réduire les émissions nocives. Le catalyseur permet de convertir à la fois le monoxyde de carbone et les hydrocarbures en dioxyde de carbone et en vapeur d’eau. De plus, le catalyseur engendre la conversion des oxydes d’azote en diazote. Ce processus permet de réduire efficacement les émissions de gaz d’échappement nocifs participant à la pollution atmosphérique. Le filtre à particules est un dispositif visant à réduire les émissions de particules nocives provenant du moteur thermique. Le rôle du filtre à particules est de capturer de façon pérenne les particules de suies primaires issues du moteur thermique avant de les éliminer lors d’une phase appelée régénération où une température supérieure à 550°C permet la combustion des particules de suie stockées. En outre, la ligne d’échappement comporte un piège à hydrocarbures disposé sous le châssis dudit véhicule. Le rôle dudit piège à hydrocarbures est de capturer par adsorption les hydrocarbures dont les hydrocarbures présentant une phase condensable. De préférence, le piège à hydrocarbures comporte une solution d’imprégnation favorisant l’élimination des composants nocifs. La solution d’imprégnation comporte au moins un élément chimique métallique naturel rare. En d’autres termes, ledit élément chimique métallique naturel rare est un métal précieux. Avantageusement, l’élément chimique métallique naturel rare est choisi parmi le platine ou le palladium. Le platine et le palladium sont très efficaces pour réduire par oxydation les émissions d’hydrocarbures. De plus, le platine et le palladium sont très résistants au vieillissement thermique. C’est la raison pour laquelle il est intéressant d’imprégner ledit piège à hydrocarbures avec de tels éléments chimiques métalliques naturels rares. De préférence, la solution d’imprégnation comporte du rhodium. Le rhodium est particulièrement efficace pour réduire les émissions d’oxydes d’azote issues de la combustion de l’air par le moteur thermique. Les oxydes d’azote sont réduits en azote et en dioxygène. Dans un autre mode de réalisation, la solution d’imprégnation comporte du platine ou du palladium, et du rhodium. Ainsi, les hydrocarbures et les oxydes d’azote sont traités simultanément. Avantageusement, ledit véhicule comporte un second catalyseur, de préférence un catalyseur trois voies. Le second catalyseur est disposé en amont ou en aval dudit piège à hydrocarbures. Lorsque le second catalyseur trois voies est placé en aval du piège à hydrocarbures, il n'est pas nécessaire que ledit piège à hydrocarbures contienne ledit élément chimique métallique naturel rare car les hydrocarbures sont convertis dans le catalyseur trois-voies. De préférence, le piège à hydrocarbures comporte au moins une zéolithe, de préférence une zéolithe de type MFI (acronyme signifiant en langue anglaise Mobil type Five ). La zéolithe est un silicate naturel hydraté comportant de l’aluminium et du calcium. La zéolithe de type MFI présente la propriété d’être particulièrement stable thermiquement. En effet, la zéolithe de type MFI peut supporter une température allant jusqu’à 1300 K, soit 1026,85°C. De plus, la zéolithe de type MFI est hydrophobe, elle est donc particulièrement absorbante : elle présente des cavités dans lesquelles les molécules d’eau sont stockées. Dans le cadre de l’invention, la zéolithe de type MFI absorbe la partie condensable des hydrocarbures dans le but de procéder à sa désorption par la suite. Lors d’une étape de stockage E1, les hydrocarbures sont piégés dans ledit piège à hydrocarbures. Le stockage s’effectue à froid, sans procéder au chauffage préalable des hydrocarbures. Ainsi, l’invention est performante dès le démarrage dudit véhicule. Lors d’une étape de chauffage E2, les hydrocarbures subissent une augmentation de température qui va engendrer la désorption de ces derniers et leur conversion en dioxyde de carbone et en vapeur d’eau. De préférence, les hydrocarbures sont chauffés à une température comprise entre 170°C et 200°C. Il s’agit de la température idéale pour permettre une désorption efficace de la phase condensable des hydrocarbures. La combustion incomplète des carburants génère des composés organiques volatils dans les gaz d’échappement qui subissent des réactions chimiques d’oxydation induisant, par nucléation, la formation de particules secondaires, également appelées aérosols organiques secondaires. Les composés organiques volatils sont condensés et s’agrègent, formant ainsi des particules solides en suspension dans l’air. Les particules secondaires peuvent être comptabilisées en nombre, on parle alors de particules en nombre. De plus, les particules secondaires peuvent également être comptabilisées en masse, on parle alors de particules en masse. Les particules secondaires présentent une taille inférieure à 20 nm. Pour les particules secondaires les plus fines, par exemple lorsque les particules présentent une taille de 10 nm, elles représentent une valeur importante en nombre, mais pas en masse. Le contrôle des émissions de particules secondaires est primordial car elles présentent un effet néfaste pour la santé humaine et l’environnement. L’objectif de la présente invention est de limiter la formation de particules secondaires grâce à l’élimination de la phase condensable des hydrocarbures. Des essais sur cycle reproduisant les conditions de conduites du véhicule en extérieur ont permis de démontrer l’efficacité de l’invention pour réduire les émissions de particules secondaires en nombre. Sur la FIG. 2 , un graphique A et un graphique B sont représentés. Le graphique A et le graphique B présentent le nombre de particules émises en valeur absolue en fonction de la vitesse du véhicule, en km/h, au cours du temps en secondes. Les particules étudiées présentent une taille supérieure à 10 nm. Les essais ont été réalisés à une température de -10°C. La courbe en traits discontinus correspond à la vitesse du véhicule. La courbe en trait continu correspond au nombre de particules émises cumulées. Sur le graphique A et le graphique B, la ligne d’échappement comporte le catalyseur trois voies associé au filtre à particules non imprégné. Sur le graphique B, la ligne d’échappement comporte également le piège à hydrocarbures. Sur le graphique A, un pic d’émissions de particules primaires et secondaires est remarquable à 50 s, lorsque le véhicule passe d’une vitesse de 5 km/h à 55 km/h. Le pic d’émissions se caractérise par une augmentation de la quantité cumulée de particules en nombre de 60.10 11 particules à 180.10 11 particules. Suite à ce pic d’émissions, le nombre de particules cumulées est sensiblement constant durant toute la durée de l’essai à une valeur de 180.10 11 particules malgré les variations de vitesse du véhicule. Sur le graphique B, un pic d’émissions est également constaté à 50 s, lorsque le véhicule passe d’une vitesse de 5 km/h à 55 km/h. Le pic d’émissions du graphique B se caractérise par une augmentation du nombre de particules cumulées de 60.10 11 particules à 80.10 11 particules. Le nombre de particules cumulées est ensuite sensiblement constant à 80.10 11 particules jusqu’à la fin de l’essai malgré les variations de vitesse du véhicule. La quantité de particules émises cumulées en présence du piège à hydrocarbures, soit sur le graphique B, est donc réduit de 100.10 11 particules par rapport à la quantité de particules émises cumulées en absence du piège à hydrocarbures, soit sur le graphique A. Les résultats des essais démontrent donc l’efficacité du piège à hydrocarbures pour limiter les émissions de particules secondaires, et donc par conséquent à éviter la détérioration de la qualité de l’air. Durant les essais, 1400.10 11 particules ont été émises sur une distance de 8 km lorsque le piège à hydrocarbures n’était pas présent, contre 80.10 11 particules pour le véhicule qui comportait la ligne d’échappement comprenant le piège à hydrocarbures. En d’autres termes, le piège à hydrocarbures a permis de diviser par un facteur 17 le nombre de particules émises. Véhicule automobile à moteur thermique à essence comportant un châssis et une ligne d’échappement, ledit moteur thermique étant apte à émettre des gaz d’échappement comportant des hydrocarbures et des oxydes d’azote, ladite ligne d’échappement comportant un premier catalyseur et un filtre à particules, caractérisé en ce que ladite ligne d’échappement comporte un piège à hydrocarbures configuré pour capturer par adsorption les hydrocarbures présentant une phase condensable, ledit piège à hydrocarbures étant disposé sous ledit châssis. Véhicule selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit premier catalyseur est un catalyseur trois voies. Véhicule selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit véhicule comporte un second catalyseur disposé sous ledit châssis, ledit second catalyseur étant disposé en amont ou en aval dudit piège à hydrocarbures. Véhicule selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit piège à hydrocarbures comporte une solution d’imprégnation présentant au moins un élément chimique métallique naturel rare. Véhicule selon la revendication 4 caractérisé en ce que ledit au moins un élément chimique métallique naturel rare est un élément permettant de réduire les émissions d’hydrocarbures, de préférence le platine ou le palladium. Véhicule selon la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce que ledit au moins un élément chimique métallique naturel rare est un élément permettant de réduire les émissions d’oxydes d’azote, de préférence le rhodium. Véhicule selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ledit piège à hydrocarbures comporte au moins une zéolithe. Procédé d’élimination de la phase condensable des hydrocarbures émis par ledit véhicule automobile à moteur thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit procédé comportant les étapes suivantes : - une étape de stockage (E1) des hydrocarbures dans ledit piège à hydrocarbures ; - une étape de chauffage (E2) des hydrocarbures engendrant une désorption de la phase condensable des hydrocarbures qui est convertit en dioxyde de carbone et en vapeur d’eau. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que, lors de ladite étape de chauffage (E2), les hydrocarbures sont chauffés à une température comprise entre 170°C et 200°C.