Post-traitement des gaz d'échappement : Structure, fonctionnement et diagnostic

Le catalyseur renferme un noyau en nid d'abeille composé de céramique ou de métal et comportant plusieurs milliers de pores. Une couche intermédiaire en oxyde d'aluminium, appelée washcoat, est appliquée sur les pores, ce qui en multiplie la surface d’environ 7 000 fois. En outre, une couche catalytique, contenant les métaux précieux rhodium, palladium et platine, est déposée par évaporation sur la couche intermédiaire. Dans le boîtier en acier inoxydable, le catalyseur est fixé par une natte isolante qui compense en même temps les dilatations thermiques.

Les gaz d'échappement nocifs du moteur sont acheminés vers le catalyseur via le collecteur d'échappement et traversent les pores du support en céramique ou en métal. Le contact des gaz d'échappement avec la couche catalytique déclenche une réaction chimique de.

Sur les métaux précieux que sont le platine et le palladium, le monoxyde de carbone et les hydrocarbures sont oxydés en dioxyde de carbone et, sur le rhodium, les oxydes d'azote sont réduits en azote (N2). La désignation catalyseur trois voies signifie que trois transformations chimiques se déroulent simultanément côte à côte dès que la température de service est atteinte. Ainsi, le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures (HC) et les oxydes d'azote (NOx) sont transformés en azote (N2), en dioxyde de carbone (CO2) et en eau (H2O).

La surveillance du fonctionnement du catalyseur est assurée par une deuxième sonde lambda, également appelée sonde de surveillance, placée en aval du catalyseur. La sonde de surveillance mesure la teneur en oxygène et transmet la valeur de mesure au calculateur. Le calculateur compare les valeurs de la sonde en amont et de celle en aval du catalyseur pour évaluer le fonctionnement du catalyseur. Si les deux valeurs sont élevées et pratiquement identiques, il faut en conclure que la capacité de stockage d'oxygène du catalyseur est faible en raison d’un catalyseur défectueux.

La sonde lambda détermine la teneur résiduelle en oxygène dans les gaz d'échappement et fournit un signal électrique à la commande moteur pour le réglage de la composition du mélange. Afin de garantir un taux de conversion idéal du catalyseur, il est nécessaire d'avoir une combustion optimale. Celle-ci est obtenue sur un moteur à essence avec une composition de mélange de 14,7 kg d'air pour 1 kg de carburant (mélange stœchiométrique). Ce mélange optimal est désigné par la lettre grecque λ (lambda). Lambda indique le rapport d'air entre le besoin théorique en air et la masse d'air réellement admise :

λ = quantité d'air fournie : quantité d'air théorique = 14,7 kg : 14,7 kg = 1

Sur les modèles de véhicules modernes, les capteurs de température des gaz d'échappement sont installés en différents endroits de la ligne d'échappement, aussi bien sur les véhicules diesel que sur les véhicules à essence. Le capteur de température des gaz d'échappement mesure la température, par exemple en amont du catalyseur ou du filtre à particules diesel. Cette information est ensuite retransmise au calculateur sous forme d'un signal de tension. Le calculateur a besoin de cette information pour gérer le dosage air-carburant ou la régénération du filtre à particules et réduire ainsi efficacement les émissions. Les capteurs haute température aident également à protéger les composants d'une surchauffe critique, notamment dans la section de l'échappement où la température des gaz est élevée.

Le capteur de pression des gaz d'échappement, appelé également capteur de pression différentielle, est requis sur les moteurs diesel pour surveiller le système de filtre à particules. La pression différentielle subit des variations dans le filtre à particules, variations causées par les dépôts de suie et de cendre. Le capteur de pression différentielle mesure la différence de pression des gaz d’échappement en entrée et en sortie du filtre à particules. Cette valeur de mesure est requise par la commande moteur électronique comme information supplémentaire pour le calcul du moment de la régénération du filtre à particules. Ce capteur est ainsi un élément supplémentaire des systèmes de gestion des émissions de substances polluantes pour les moteurs diesel s'appuyant sur la législation européenne en matière d émissions.

Le capteur NOx (capteur d’oxyde d’azote) se compose d'une sonde et d'un calculateur qui sont reliés en permanence l’un à l’autre en tant qu'unité via un faisceau de câbles. Cette unité de capteur est installée dans la ligne d'échappement et sert à détecter les oxydes d'azote dans le flux des gaz d'échappement. Le capteur NOx est le composant essentiel du système de post-traitement des gaz d’échappement pour réduire les émissions de NOx. Ce capteur est utilisé dans les véhicules diesel équipés de systèmes SCR (réduction catalytique sélective) à base d'urée et garantit le respect des valeurs d'émission strictes imposées à partir de la norme Euro 5. Ainsi, le capteur NOx permet la réalisation d’un dosage optimal d'AdBlue par le système moteur et donc de réduire efficacement les oxydes d'azote polluants. Si le système SCR dispose d'un capteur NOx en amont et en aval du système, celui situé en aval a pour fonction de surveiller l'efficacité du catalyseur SCR.