Le nouveau catalyseur de purification de gaz d’échappement automobiles de Toyota réduit l’usage de métaux précieux de 20 %

• Le nouveau catalyseur est le premier¹ substrat catalytique FLAD² moulé d’une seule pièce au monde
• Un design révolutionnaire réduit le volume du catalyseur de 20 %

TOYOTA CITY (JAPON), le 22 février 2017. – Toyota Motor Corporation annonce la commercialisation d’un nouveau catalyseur plus compact qui utilise 20 % de métaux précieux en moins dans un volume réduit de 20 %, et ce, sans perte d’efficacité sur le plan de la purification des gaz d’échappement. Ce design est le premier substrat catalytique FLAD² (Flow Adjustable Design Cell) moulé d’une seule pièce au monde. Il se caractérise par une surface de section transversale de la face interne différente de celle de la face externe. Un design et des technologies de fabrication innovants ont permis la production en série de ce nouveau catalyseur, qui sera progressivement installé sur les nouveaux modèles de la gamme, à commencer par la Lexus LC 500h, plus tard cette année.

L’utilisation de plus en plus fréquente de métaux précieux dans les catalyseurs pour purifier les gaz d’échappement et réduire la pollution atmosphérique pose de nombreux problèmes, en particulier la hausse des coûts et l’épuisement des ressources. Toyota a mis en œuvre des efforts de recherche et développement considérables pour trouver des solutions permettant d’améliorer l’efficacité des métaux précieux catalytiques dans la purification des gaz d’échappement, notamment l’optimisation de la forme et de la longueur du substrat, ainsi que la modification de l’épaisseur des parois de cellules et la surface de section transversale. D’autres solutions ont été explorées, comme le dépôt sélectif d’un imprégnateur sur les métaux précieux et d’autres matériaux catalytiques, ou encore la modification de la densité cellulaire du substrat catalytique selon le débit des gaz d’échappement.

Toyota et Denso Corporation ont mis au point ce nouveau substrat FLAD² dans le but d’améliorer l’uniformité du débit des gaz d’échappement. Par une série de validations à base de simulations et de prototypes de substrats, les deux compagnies ont réussi à améliorer l’uniformité du débit des gaz d’échappement à l’intérieur du catalyseur en optimisant des facteurs comme la proportion des surfaces de section transversales dans la face interne et la face externe, ainsi que leur densité respective. Ce développement a permis de réduire d’environ 20 % l’utilisation de métaux précieux dans un catalyseur plus compact au volume réduit de près de 20 %, et ce, sans perte d’efficacité sur le plan de la purification des gaz d’échappement par rapport à un catalyseur conventionnel. Un design et des technologies de fabrication innovants ont aussi permis la production en série du premier catalyseur moulé d’une seule pièce au monde.

À l’heure actuelle, le substrat le plus couramment utilisé dans les catalyseurs pour moteurs à essence est fabriqué en céramique (cordiérite). Il emploie une structure en nid d’abeille composée de cellules carrées ou hexagonales. Les parois des cellules de ce substrat sont imprégnées de substances catalytiques, comme le platine (Pt), le rhodium (Rh), le palladium (Pd) et d’autres métaux précieux, qui ont pour effet de transformer par oxydoréduction les gaz nocifs – monoxyde de carbone (CO), hydrocarbures imbrûlés (HC) et oxydes d’azote (NOx) – en émissions non nocives.

Alors que les catalyseurs conventionnels présentent une surface de section transversale cellulaire uniforme, le tout nouveau substrat FLAD² se caractérise par une section transversale de la face interne différente de celle de la face externe. Toyota a réussi à produire en série ce substrat grâce à une technologie de design et de fabrication unique au monde permettant de mouler le catalyseur en une seule pièce.

Le débit uniforme des gaz d’échappement à l’intérieur des catalyseurs installés dans les tuyaux d’échappement permet aux métaux précieux et aux autres matériaux catalytiques imprégnés de purifier efficacement les gaz d’échappement. Cependant, l’emploi de substrats conventionnels présentant une surface de section transversale cellulaire uniforme provoque un débit irrégulier des gaz d’échappement parce que le débit des gaz à travers la face interne du catalyseur est plus rapide, et à un volume plus élevé qu’à travers la face externe. Pour maintenir l’efficacité de la purification, il faut employer davantage de métaux précieux catalytiques au niveau de la face interne du catalyseur, où le débit est plus élevé. Les technologies de dépôt de composants catalytiques actuelles impliquent l’imprégnation uniforme de toutes les parois cellulaires, afin que les parties du catalyseur dans lesquelles le débit des gaz d’échappement est moins élevé soient revêtues de la même quantité de métaux précieux catalytiques que les parties où le débit des gaz est plus élevé.

À l’avenir, Toyota s’engage à continuer de collaborer activement avec les compagnies de son groupe et ses divers partenaires commerciaux afin de développer des technologies de catalyseur qui contribueront à améliorer la propreté des gaz d’échappement en réduisant l’utilisation de métaux précieux.

¹ En janvier 2017, d’après les recherches de Toyota.

² FLAD (Flow Adjustable Designed Cell) est une marque déposée de Denso Corporation. Ce nouveau substrat catalytique se caractérise par une surface de section transversale des cellules de la face intérieure différente de celle de la face extérieure.

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