Le catalyseur denox

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Description détaillée

Dans un moteur essence à injection indirecte, le catalyseur trois voies est suffisant pour assurer la dépollution des Nox produits lors de la combustion (voir fiche catalyseur).

Avec l'arrivée de l'injection directe, et par conséquent des mélanges pauvres, les Nox deviennent trop importants, et il faut envisager un autre moyen de les traiter.

Il y a bien sûr l'EGR, qui permet de réduire les Nox, mais pour les mélanges pauvres, voire hyper-pauvres, il faudra s'équiper d'un pot dénox en plus du catalyseur.

Ce pot dénox se chargera alors de capter les Nox lors des phases de mélange pauvre, puis de les transformer en azote lors des phases de régénérations prévues par le calculateur.

 

Le catalyseur DeNOx est composé de métaux rares comme le sel de baryum, le platinium, le palladium et le rhodium. C'est le baryum qui permet de retenir les Nox lors des phases pauvres.

Le baryum et les Nox forment alors un nitrate (HNO3).

Ensuite, suivant l'encrassement du catalyseur, le calculateur démarre une phase de régénération en réalisant une phase de mélange riche.

Grâce aux HC générés, la température du catalyseur va croître jusqu'à 700°C, le nitrate se transforme alors en azote, H2O et CO2.

Le déstockage dure en moyenne 1 à 2 minutes.

Pour que cette opération reste sans effet sur la conduite, l'ouverture de l'accélérateur à commande électronique est augmentée pour conserver le même niveau de couple.

Cette régénération permet également de réduire le souffre qui est stocké dans le catalyseur.

D'ailleurs, le déstockage devrait théoriquement être réalisé tous les 7 500 à 10 000km avec une essence sans souffre (moins de 10 ppm, soit 0,000 01%).

Cependant, l'essence peut contenir parfois jusqu'à 150 ppm de souffre

(0,000 15%). Le déstockage peut, dans ce cas, être réalisé tous les 800 km.

 

 

Le pain catalytique est particulier car, en plus du platine et du Rhodium destinés à la catalyse, il contient du baryum qui va être capable de réaliser un stockage des NOx sous forme de nitrates de baryum. Après une phase de fonctionnement en mélange pauvre, l'efficacité du stockage diminuant, il faut passer par une phase de fonctionnement riche qui permettra l'extraction et la réduction des NOx.

Phase de stockage (durant 1 minute environ)

                Formation de NO2  grâce au platine : NO + ½ O2 = NO2

Puis stockage grâce au barium : 2NO2 + Ba = Ba(NO3)2

Phase de déstockage et de réduction (durant 3 secondes environ)

  Déstockage : Ba(NO3)2 = NOx + Ba

  Réduction : NOx + réducteurs (HC, CO, H2) = N2 + (H2O, CO2, …)

Bien que le principe puisse en être résumé simplement, plusieurs contraintes rendent la maîtrise de ce processus assez compliquée.

•  Le taux de conversion optimal est atteint dans une fenêtre de température plus étroite qu'un catalyseur traditionnel : 280 à 450 °C, ce qui oblige à mesurer la température (capteur supplémentaire) à l'entrée du catalyseur et à bien maîtriser le comportement du moteur pour que les émissions ne dépassent pas les capacités de traitement des NOX. Certains constructeurs font confiance à leur maîtrise des émissions de base de leur moteur, d'autres réalisent une mesure directe des teneurs envoyées au piège par une sonde de NOX (capteur coûteux).

•  Le souffre contenu dans les carburants (surtout le gazole) empoisonne le catalyseur par formation de sulfate de baryum qui s'avère très stable. Cette pollution doit être éliminée régulièrement par régénération à haute température au-delà de 600 °C (mesurée par le capteur supplémentaire), ce qui sera réalisé par un mélange riche. Un carburant à 150 ppm de souffre nécessite une régénération au bout de quelques centaines de kilomètres, mais si la teneur n'est que de 10 ppm, plusieurs milliers de km seront parcourus entre 2 régénérations. La teneur actuelle du gazole en souffre est de 350 ppm et les normes fixent un objectif à 50 ppm pour début 2005, mais il est envisagé en parallèle une distribution d'une nouvelle qualité "basse teneur" à 10 ppm dès 2003 (déjà disponible dans certains pays). Le SP 95 devra descendre dans le même délai de 150 ppm à 50 ppm.

•  Le vieillissement thermique de ce genre d'élément est plus rapide que celui des systèmes traditionnels (accentué par les régénérations) et cette usure est assez difficile à contrôler : il est donc également difficile de prendre en compte la capacité de stockage dans le contrôle moteur.

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Méthodes et pratiques

Le pot dénox est un catalyseur soumis aux mêmes conditions qu'un catalyseur classique. Il est donc prévu pour une durée de vie supérieure à 100 000 km dans des conditions normales de fonctionnement.

Il faudra proscrire tout carburant plombé ou additivé et toute fuite de liquide à l'échappement qui pourrait le détruire.

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Impact sur les compétences en atelier

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