Étude numérique de l'impact de la distribution de catalyseur sur les performances des filtres à particules catalytiques

Les moteurs essence à injection directe (EID) sont une technologie en vogue pour limiter les émissions de gaz à effet de serre, grâce à d'importantes économies de carburant comparé aux autres technologies d'essence. Cependant, d'autres polluants sont émis par les véhicules à combustion interne, comme les particules fines et les oxydes d'azote (NOX) par exemple. Pour les traiter, des filtres à particules (FAP) et des chambres catalytiques (CC) sont appliqués aux systèmes de traitement des gaz d'échappement par les manufacturiers. Ces deux dispositifs sont constitués de monolithes fait de canaux rectangulaires. Dans le cas du FAP, les murs des canaux sont composés d'une céramique poreuse qui filtre les aérosols. Dans le cas des CC, les canaux sont imperméables à l'écoulement des gaz d'échappement et recouverts de catalyseur dans lequel les espèces chimiques à traiter diffusent. Afin d'abaisser les coûts et le volume de ces deux systèmes, il est possible d'intégrer le catalyseur directement dans la céramique qui forme les canaux du FAP. On parle alors de filtre à particule catalytique (FAPC). Cependant, cette déposition altère de façon significative les caractéristiques géométriques du FAPC à l'échelle du mur poreux. De plus en plus d'études s'intéressent ainsi à évaluer l'impact du dépôt de catalyseur sur les performances du FAPC en fonction, par exemple, de la quantité introduite, de la différence entre une déposition dans le mur ou sur le mur, ou encore d'un recouvrement par zones le long de chaque canal.

Abstract

Particulate filters (PF) have been used very successfully during the past decade to reduce particulate matter from the exhaust gas of modern vehicles. They consist in honeycomb monoliths made out of rectangular channels in most cases. These channels are alternatively plugged at the inlet or the outlet in order to force the exhaust gases to go through the porous material composing its walls. Catalytic chambers (CC) are open monoliths coated with precious metal composed catalysts. By diffusing in the catalyst, noxious gases as carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOX) and hydrocarbons (HC) are reduced or oxidized in armless components like CO2, H2O and N2.