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Le catalyseur annulaire pour pots catalytiques 3-voies

Posted by Amandine OBRY
25 avr. 2016 0 comments

Continental a choisi le 37ème Motor Symposium de Vienne pour présenter une solution innovante de contrôle des émissions pour les moteurs essence suralimentés. L’introduction de la législation sur les émissions réelles de conduite rendra le moteur essence downsizé largement utilisé pour répondre aux limites strictes d’oxydes d’azote (NOx) dans toutes les situations de conduite. Cela pose un nouveau défi en exigeant une réduction efficace des NOx à travers une très large plage de fonctionnement du moteur, et non pas «juste» sur les cycles d’essai actuels. Cependant, les convertisseurs catalytiques existants offrent peu de marge pour des améliorations de la dispersion de la richesse (lambda). Par ailleurs, sur le marché américain, les normes LEV III SULEV 30 prévoient une réduction moyenne de 70% des émissions d’oxyde d’azote d’ici 2025.

« Afin de répondre aux normes RDE et SULEV 30 sur les émissions de NOx, un pot catalytique 3 voies doit atteindre un taux de conversion proche de 100%. Cela est seulement possible, si une réduction efficace des NOx est maintenue de manière uniforme dans toutes les situations de fonctionnement », explique le Dr Markus Distelhoff, vice-président exécutif Fuel & Exhaust Management dans la division Powertrain de Continental. « Le catalyseur annulaire en combinaison avec nos feuilles métalliques micro structurées LS joueront un rôle important pour répondre à cette exigence. »

Réduction des NOx: Aucune place pour le hasard

Les convertisseurs catalytiques 3 voies d’aujourd’hui atteignent déjà un taux de 99% de réduction des NOx. Mais cela ne va pas encore assez loin, et une nouvelle hausse de l’efficacité doit être visée. Pour les moteurs essence suralimentés, cela présente deux défis. Tout d’abord, les variations de cylindre à cylindre dans la composition des gaz d’échappement signifient que le rapport carburant-air (valeur lambda) peut différer de la valeur idéale, ce qui affecte la conversion des NOx. L’objectif doit être d’éviter une telle dépendance de la valeur de lambda sur les cylindres, en améliorant le mélange du flux d’échappement. Toutefois, cela est difficile dans le cas d’un convertisseur catalytique à couplage direct (très proche du moteur), parce que la conduite d’échappement vers le convertisseur catalytique n’est pas assez longue. Voilà pourquoi de nombreux nouveaux véhicules sont désormais équipés d’un second catalyseur sous caisse pour convertir le reste des émissions d’oxyde d’azote, une solution implique des coûts et du poids supplémentaire et une contre-pression d’échappement plus élevée.

D’autre part, dans certaines situations de fonctionnement, la capacité des convertisseurs catalytiques à atteindre un taux de conversion des NOx constant et uniforme peut être affectée par le turbocompresseur. En effet, l’ouverture de la vanne de dérivation de la turbine (wastegate) au-dessus d’un certain régime moteur influe sur la répartition du débit, ce qui entraîne un écoulement des gaz d’échappement non uniforme. Cela peut potentiellement entraîner un vieillissement local du convertisseur catalytique plus rapide et une détérioration des performances de réduction des NOx.

Avantages du catalyseur annulaire

Le convertisseur catalytique annulaire à couplage direct développé par Continental favorise la conversion quasi-totale des NOx des moteurs essence suralimentés.

continental catalyseur annulaire 

Continental a développé une solution innovante pour répondre à ces deux défis : Le catalyseur annulaire. Un tube interne qui traverse le noyau du catalyseur annulaire ce qui fournit la longueur supplémentaire nécessaire pour permettre un meilleur mélange du flux d’échappement. A la fin de ce tuyau, le gaz est redirigé à 180°. Seulement alors les gaz circulent à travers la partie active du catalyseur, qui entoure le tube intérieur comme un manchon. « De cette façon, le catalyseur annulaire étend le trajet d’écoulement sans augmenter la longueur totale du catalyseur. Cela permet au catalyseur d’être placé près du moteur, donc il n’y a pas d’augmentation du temps nécessaire pour atteindre la température minimale pour convertir les émissions de NOx », explique Rolf Brück, responsable de la ligne de produits catalyseurs et filtres. « Avec cette conception, l’effet de tourbillon des gaz généré par la wastegate améliore effectivement le mélange des gaz d’échappement dans le tuyau interne. »

interieur noyau catalyseur

Le noyau du convertisseur catalytique est enroulé par une feuille de métal « LS », un matériau développé par Continental. Les structures longitudinales (= LS en Anglais) dans cette feuille ou substrat créent plus de turbulence dans le gaz d’échappement. Cela assure un meilleur contact entre les oxydes d’azote et le substrat revêtu du catalyseur, ce qui entraîne une plus grande efficacité de conversion.

La section active du catalyseur annulaire est entourée par le substrat métallique innovant LS de Continental. Les structures longitudinales de ce matériau génèrent des turbulences microscopiques dans le flux d’échappement, ce qui contribue à orienter plus efficacement les oxydes d’azote vers la paroi du catalyseur enrobée du catalyseur, où ils sont convertis.

Source : car engineer