Brevet FR2848469A1 — publié le 20040618

Système et procédé de détection du colmatage d'un filtre. La présente invention concerne le domaine de la détection du 5 colmatage de filtre à air, notamment de filtre pour l'air entrant dans l'habitacle d'un véhicule. L'invention concerne un système et un procédé permettant d'estimer in situ le degré de colmatage du ou des filtres à particules, dont sont équipés les systèmes de conditionnement d'air pour véhicule 10 automobile. Les dispositifs de conditionnement d'air pour véhicule automobile sont souvent équipés de filtres destinés à retenir les particules solides qui, sans cela, seraient introduites dans l'habitacle. Un véhicule peut également être équipé de filtre à gaz, en général à 15 charbon actif, destiné à retenir les odeurs et les polluants gazeux. Les filtres à particules s'encrassent progressivement, d'o des pertes de charge qui augmentent et une diminution de la quantité d'air frais entrant dans l'habitacle du véhicule. Cela présente l'inconvénient d'accroître la consommation d'énergie électrique, et peut même nuire à 20 l'impression de confort des occupants du véhicule. L'invention propose de remédier à ces inconvénients. L'invention propose un système de détection de colmatage de filtre comprenant une source à haute tension capable d'émettre une décharge électrique auquel le filtre est soumis et un élément de mesure 25 d'une grandeur électrique dépendante du colmatage du filtre. On peut en déduire une estimation du colmatage. Dans un mode de réalisation de l'invention, le système comprend un élément de mesure des charges électriques fournies par la source à haute tension. Dans un mode de réalisation de l'invention, le système comprend un élément de mesure des charges électriques en aval du filtre dans le sens de propagation des charges électriques. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'élément de mesure des charges électriques est un capteur de tension. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'élément de mesure des charges électriques est un capteur de courant. Dans un mode de réalisation de l'invention, le système comprend un élément de calcul pour élaborer un signal de colmatage 5 de filtre à partir de la mesure de ladite grandeur électrique dépendante du colmatage du filtre. Ledit élément de calcul peut être relié à un avertisseur destiné à prévenir le conducteur du véhicule. Ledit élément de calcul peut être relié à un système de régénération du filtre. Dans un mode de réalisation de l'invention, le système 10 comprend un élément de régénération du filtre par application d'une tension élevée. Ledit élément de régénération du filtre peut être formé par la source à haute tension. Dans un mode de réalisation de l'invention, le système comprend au moins un filtre à particules, une vanne pilotée disposée 15 en aval du filtre dans le sens normal d'écoulement des gaz et apte à autoriser un écoulement des gaz sortis du filtre vers l'habitacle en fonctionnement normal, et un écoulement des gaz de l'habitacle à travers le filtre en vue de la régénération dudit filtre. Dans un mode de réalisation de l'invention, le système 20 comprend en outre un filtre à gaz monté en série avec le filtre à particules. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le système comprend en outre un filtre à gaz monté en parallèle avec le filtre à particules. Dans un mode de réalisation de l'invention, le système comprend une vanne d'entrée d'air pilotée afin de laisser passer un débit déterminé d'air extérieur à travers le filtre à gaz en fonctionnement normal. Dans un mode de réalisation de l'invention, le système 30 comprend un moyen de déclenchement du recyclage du filtre après une distance prédéterminée parcourue par le véhicule. Dans un mode de réalisation de l'invention, le système comprend une vanne de recyclage montée en aval du filtre et en amont de la vanne de régénération dans le sens normal d'écoulement des gaz, ladite vanne de recyclage étant apte à autoriser en fonctionnement normal un écoulement vers l'habitacle de gaz recyclés issus de l'habitacle en plus de l'écoulement des gaz issus du filtre à gaz vers l'habitacle. Dans un mode de réalisation de l'invention, le système comprend une vanne de chauffage montée en aval du filtre et en amont de la vanne de régénération dans le sens normal d'écoulement des gaz, ladite vanne de chauffage étant apte à autoriser en fonctionnement normal un écoulement vers l'habitacle de gaz passés ou non par 10 l'aérotherme, et un écoulement des gaz de l'habitacle à travers le filtre en vue de la régénération dudit filtre à l'arrêt du véhicule. Dans un mode de réalisation de l'invention, la vanne de régénération est reliée au filtre à gaz par une première conduite et à un filtre à particules par une deuxième conduite et comprend un moyen 15 pour ouvrir sélectivement l'une des deux conduites en vue de la régénération du filtre correspondant. L'invention propose également un procédé de détection de colmatage de filtre pour habitacle de véhicule, dans lequel on soumet le filtre à une décharge électrique à haute tension, on mesure une 20 grandeur électrique dépendante du colmatage du filtre, et on déduit de ladite mesure une estimation du colmatage du filtre. Dans un mode de réalisation de l'invention, lorsque l'estimation de colmatage du filtre dépasse un seuil prédéterminé, on déclenche une régénération du filtre. Dans un mode de réalisation de l'invention, lors de la régénération, on fait passer les gaz en provenance de l'habitacle dans le filtre dans le sens inverse de l'écoulement des gaz en provenance de l'extérieur à travers le filtre à gaz en fonctionnement normal. On entend par sens normal d'écoulement des gaz, le sens qui 30 permet un renouvellement de l'air présent dans l'habitacle du véhicule à partir d'air prélevé à l'extérieur, au moins en partie, et passant dans différents organes, comme le filtre à particules et éventuellement l'aérotherme. La vanne pilotée, dite de régénération, peut être de type bipasse. On entend par aérotherme, un échangeur thermique permettant de réchauffer un gaz le traversant et de refroidir un fluide, en particulier le fluide du circuit de refroidissement du moteur thermique. On peut ainsi réchauffer de l'air que l'on prélève dans l'habitacle et 5 que l'on envoie après réchauffage traverser le filtre à gaz, afin de permettre une désorption des gaz stockés dans les sites de stockage de gaz polluants des filtres à gaz. On se sert de la température en général élevée du fluide de refroidissement du moteur thermique en cours de fonctionnement de ce dernier ou préférablement lors d'un arrêt, pour 10 transférer une énergie thermique aux gaz, permettant la régénération du filtre à gaz, énergie qui, sans cette utilisation, se dissiperait progressivement après l'arrêt du moteur thermique. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre 15 d'exemples nullement limitatifs, et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un système selon un aspect de l'invention; - les figures 2 et 3 montrent une variante du dispositif de la 20 figure 1; et - les figures 4 et 5 sont des vues schématiques du dispositif de filtre à particules. Sur la figure 1, un véhicule 1 est représenté très partiellement et comprend un capot 2, un pare-brise 3 et un habitacle 4 défini par un 25 plancher 5 et une paroi avant 6, ainsi que par le pare-brise 3. Dans l'habitacle 4 est monté un dispositif de filtrage d'air 7. Le dispositif d'alimentation en air 7 comprend une grille d'entrée 8 en dessous de laquelle est formée une chambre 9. Sur une paroi de la chambre 9, est monté un filtre à particules 10 débouchant sur une conduite 12. La 30 conduite 12 débouche sur une vanne bipasse 14 possédant une ouverture reliée à la conduite 12, une ouverture 15 reliée à l'habitacle 4 et une ouverture 16 reliée à un pulseur d'air 17 qui comprend une soufflante et un moteur électrique d'entraînement. La sortie du pulseur d'air 17 est reliée à un évaporateur 18, lequel fait partie d'un système de conditionnement d'air dont les autres éléments n'ont pas été représentés. L'évaporateur 18 débouche dans une conduite 19 dans laquelle est montée une vanne bipasse 20 5 pilotée qui permet d'ouvrir ou de fermer la conduite 19 avec possibilité d'ouverture partielle. En traits forts, la vanne 20 est représentée en position de fermeture totale de la conduite 19. En traits fins, la vanne 20 est représentée en position d'ouverture totale de la conduite 19. En position d'ouverture de la conduite 19, la vanne 20 10 ouvre sur une conduite de dérivation 21 dans laquelle est disposé un aérotherme 22 relié de façon non représentée par une canalisation au circuit de refroidissement d'un moteur du véhicule, en particulier d'un moteur thermique. L'aérotherme 22 permet de transférer de l'énergie calorifique du liquide de refroidissement du circuit de refroidissement 15 aux gaz qui le traversent en position d'ouverture partielle ou totale de la vanne 20. La sortie de la conduite 21 rejoint la conduite 19 en aval de la vanne 20. La conduite 19 débouche vers l'aval, d'une part vers une vanne 23, et d'autre part vers une vanne 24. La vanne 23 possède deux sorties, l'une par une buse 25, et l'autre directement dans 20 l'habitacle 4, une sortie d'aération 37 typiquement pour un aérateur en partie centrale de planche de bord et une sortie inférieure par une buse inférieure pour délivrer de l'air vers les pieds des utilisateurs. Dans la position illustrée sur la figure 1, la vanne 23 interdit un écoulement de gaz vers la buse 25 et l'écoulement direct dans 25 l'habitacle 24 par la buse 37. Dans une autre position, la vanne 23 peut être ouverte. Dans une autre position, la vanne 23 peut autoriser un écoulement des gaz, à la fois par la buse 25 et directement dans l'habitacle 4 par la buse 37. Encore dans une autre position, la vanne 23 peut obturer la buse 25 et permettre un écoulement directement 30 dans l'habitacle 4 par la buse 37. La vanne 24 possède une sortie 26 de dégivrage orientée vers la face interne du pare-brise 3 et une sortie 27 de régénération qui est reliée à la conduite 12 disposée sous le filtre 10. Dans la position illustrée sur la figure 1, la vanne 24 obture la sortie 26 et permet un écoulement de gaz par la sortie 27. Dans une autre position, la vanne 24 peut obturer les deux sorties 26 et 27. Dans une autre position, la vanne 24 peut obturer la sortie 27 et laisser libre 5 la sortie 26. Enfin, dans une autre position, la vanne 24 peut autoriser un écoulement de gaz à la fois par les sorties 26 et 27. La vanne 14 est dans une position d'obturation de la conduite 12. L'écoulement de gaz se produit donc en provenance de l'habitacle par l'entrée 15, puis passe par le pulseur 17, l'évaporateur 18. La 10 vanne 20 est en position d'ouverture de la conduite 19. Les gaz en sortie de l'évaporateur 18 sont isolés de l'aérotherme 22. Les gaz passent par la sortie de la conduite 19. La vanne 23 est en position d'obturation de ses deux sorties et la vanne 24 est en position d'obturation de la sortie 26 et d'ouverture 15 de la sortie 27. Les gaz s'écoulent donc par la sortie 27, puis par la conduite 12 dans le sens inverse de l'écoulement de gaz du mode de fonctionnement normal, traversent le filtre à particules 10, puis s'échappent à l'extérieur en passant par la chambre 9 et la grille 8. Ce mode de fonctionnement de régénération du filtre à 20 particules 10 est préférablement effectué à l'arrêt du véhicule. On peut donc prévoir un déclenchement du mode de fonctionnement de régénération lorsque plusieurs conditions sont réunies: 1- moteur arrêté, 2- colmatage du filtre à particules supérieur à un seuil 25 prédéterminé. On peut encore prévoir une condition de fermeture des portières du véhicule afin que l'étape de régénération ne nuise pas à l'alimentation en air frais de l'habitacle du véhicule lorsque des personnes s'y trouvent. Il existe également un mode dit " normal". Des gaz frais entrent par la grille 8 et l'entrée 9, passent à travers le filtre 10, puis passent dans la vanne 14 qui ferme l'ouverture 15 Ces gaz mélangés passent dans le pulseur 17, dans l'évaporateur 18, puis une partie de ces gaz peut passer dans l'aérotherme 22, tandis qu'une autre partie transite par la conduite 19, la vanne 20 étant en position d'ouverture partielle. la sortie de la conduite 19, l'écoulement gazeux se divise dans les différentes buses en fonction de la position des vannes 23 et 24 qui dépend des souhaits du conducteur ou des passagers du véhicule. On comprend que, dans la position de fermeture de la conduite 19 par la vanne 20, la totalité des gaz passe par l'aérotherme 22, ce qui assure un réchauffement plus important desdits gaz. Au contraire, dans une position d'ouverture complète de la conduite 19 et de 10 fermeture de la conduite 21, les gaz ne passent pas par l'aérotherme 22. La position de la vanne 14 détermine la quantité de gaz frais entrant dans le dispositif. La position de la vanne 14 peut être commandée directement par le conducteur ou les passagers pour empêcher toute entrée de gaz en provenance de l'extérieur, par 15 exemple lors du passage du véhicule dans un tunnel ou derrière un autre véhicule particulièrement polluant. La position de la vanne 14 peut être commandée automatiquement en fonction d'une information fournie par un capteur de toxicité placé dans la chambre 9. Le mode de réalisation illustré sur la figure 2 est relativement 20 proche du précédent, à ceci près que deux filtres sont disposés en parallèle, à savoir un filtre à particules 10 débouchant dans une conduite 12 et un filtre à gaz 11 débouchant dans une conduite 13 reliées à une ouverture de la vanne 14. Sur la figure 2, le dispositif est en mode de régénération du filtre à particule 11 et du filtre à gaz 10. 25 La conduite 27 est remplacée par une conduite 28 débouchant à la conduite 12 et une conduite 29 débouchant dans la conduite 13 disposée entre le filtre à particules 11 et la vanne 14. En outre, un volet 30 est ajouté à la vanne 24 et solidaire de cette dernière pour permettre une obturation sélective des conduites 28 et 29. Dans la position illustrée sur la figure 3, le dispositif est en mode de régénération du filtre à particules 10, la position des vannes 14, 20, 23 et 24 étant identique à celle illustrée sur la figure 1 et un volet 38 de la vanne 24 obturant la conduite 29. Les gaz à leur sortie de la conduite 19 passent dans la vanne 24, puis dans la conduite 28 et enfin à travers le filtre à particules 10. On peut, par rapport à cette position, tourner la vanne 24 d'un faible angle dans le sens inverse des aiguilles d'une montre de façon que la conduite 28 soit obturée par le volet et que la conduite 29 soit ouverte. Les gaz peuvent alors circuler 5 à travers le filtre 11 dans le sens inverse de la circulation des gaz du mode de fonctionnement normal pour permettre une régénération du filtre à gaz Il. Ainsi, on peut, après un nombre de kilomètres prédéterminés, quand un calculateur du dispositif a une information de colmatage de 10 filtre, comme expliqué ultérieurement, à la coupure du contact, moteur chaud, la climatisation n'ayant pas préalablement fonctionné pour éviter que l'évaporateur ne soit froid, de réaliser une régénération du filtre à gaz. Le calculateur de climatisation commande la vanne 14 en position d'obturation de l'entrée de gaz frais, la position de 15 température maximale pour la vanne de température 20, c'est-à-dire en position d'obturation de la conduite qui court-circuite l'aérotherme, les vannes débouchant dans l'habitacle en position fermée et la vanne qui commande la conduite 27 de retour en position ouverte. La pompe à eau électrique connectée à l'aérotherme est actionnée, puis le pulseur 20 17 est mis en fonctionnement pour un débit d'air et une durée donnés. Il est également possible de réaliser un déchambrage du climatiseur. partir d'une valeur prédéterminée de température extérieure ou d'ensoleillement, à la mise sous contact du véhicule, le calculateur de climatisation commande la vanne d'entrée 14 en 25 position de recyclage à 100%, c'est-à-dire en obturant les conduites 12 et 13, la vanne 20 de chauffage en position de froid maximal, c'est-àdire l'ouverture de la conduite 19, les vannes reliées à des conduites débouchant dans l'habitacle en position fermée et la vanne 24 en position d'ouverture de la conduite de régénération 27. Le calculateur 30 de climatisation commande alors la mise en oeuvre du pulseur 17 pour un débit d'air et une durée donnés afin d'évacuer l'air chaud présent dans le dispositif d'alimentation vers l'extérieur de l'habitacle 4. On peut également prévoir un mode de fonctionnement pour l'évacuation des odeurs de l'évaporateur 18. Après une durée prédéterminée de fonctionnement du compresseur de climatisation, à la mise sous contact, le calculateur de climatisation commande les vannes dans la même position que pour le déchambrage du climatiseur et ordonne la mise en fonctionnement du pulseur pour un débit d'air et 5 une durée donnés afin d'évacuer les odeurs d'évaporation vers l'extérieur de l'habitacle. Enfin, on peut prévoir un mode de fonctionnement de séchage de l'évaporateur pour éviter les odeurs. Après une durée prédéterminée de fonctionnement du compresseur de climatisation, à la coupure du 10 contact, moteur chaud, la climatisation ayant préalablement fonctionné, le calculateur de climatisation commande les vannes dans la même position que pour la désorption du filtre à gaz, actionne la pompe à eau électrique reliée à l'aérotherme et ordonne la mise en fonctionnement du pulseur pour un débit d'air et une durée données. Sur la figure 4, est illustré un mode de réalisation du filtre 10 équipé d'électrodes 31. Le filtre 10 se présente sous la forme d'une feuille pourvus de plis 32. Une électrode 31 est disposée dans chaque pli 32. Les électrodes 31 sont alternativement reliées à la masse et à une source de haute tension 33, par exemple plusieurs dizaines de 20 kilovolts. Un élément de mesure de tension 34 est monté entre la masse et les électrodes reliées à la source de haute tension 33 et permet de mesurer l'évolution de la tension lors d'une décharge de haute tension fournie par la source 33. Un élément de commande 35 est prévu pour commander la source de haute tension 33. L'élément de 25 commande 35 envoie un signal de décharge à la source de haute tension 33 qui envoie aux électrodes une tension élevée pendant une durée brève, prédéterminée. L'élément de mesure de tension 34 mesure la tension aux bornes des électrodes et en déduit une estimation du colmatage du filtre, la conductivité du filtre étant dépendante de son 30 colmatage. Une information de colmatage de filtre est stockée dans le calculateur du dispositif pour actionner le mode de régénération du filtre au moment opportun, comme vu précédemment, après l'arrêt du véhicule. En outre, un élément de régénération du filtre par application d'une tension élevée peut être prévu. Le mode de réalisation illustré sur la figure 5 est proche du précédent à ceci près que l'élément de mesure de tension est remplacé par un élément de mesure de courant 36 monté entre la source 33 et les électrodes reliées à la source 33. L'élément de commande 35 peut être 5 relié à un avertisseur de colmatage pour avertir le conducteur du véhicule. L'invention permet d'augmenter la durée de vie du filtre à particules et donc de limiter les problèmes de mauvais fonctionnement de la climatisation liés au colmatage du filtre. Le débit d'air aux 10 aérateurs est ainsi maintenu et permet d'améliorer le confort thermique des passagers et la visibilité par les vitrages du véhicule. Les régénérations du filtre à particules permettent de minimiser les problèmes de colmatage et d'augmenter les performances et la durée de vie du filtre à particules. La qualité de l'aération dans l'habitacle 15 est ainsi améliorée. REVENDICATIONS 1-Système de détection de colmatage de filtre, caractérisé par le fait qu'il comprend une source à haute tension (33) capable d'émettre une décharge électrique auquel le filtre (10) est soumis et un élément de mesure d'une grandeur électrique dépendante du colmatage du filtre. 2-Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément de mesure des charges électriques fournies par la source à haute tension. 3-Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait 10 qu'il comprend un élément de mesure des charges électriques en aval du filtre dans le sens de propagation des charges électriques. 4-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément de mesure des charges électriques est un capteur de tension (34). 5-Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'élément de mesure des charges électriques est un capteur de courant (36). 6-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément de calcul 20 pour élaborer un signal de colmatage de filtre à partir de la mesure de ladite grandeur électrique dépendante du colmatage du filtre. 7-Système selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit élément de calcul est relié à un avertisseur destiné à prévenir le conducteur du véhicule. 8-Système selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que ledit élément de calcul est relié à un système de régénération du filtre. 9-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément de 30 régénération du filtre par application d'une tension élevée. 10-Système selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ledit élément de régénération du filtre est formé par la source à haute tension. il-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un filtre à particules (10), une vanne (24) pilotée disposée en aval du filtre dans le sens normal d'écoulement des gaz et apte à autoriser un écoulement des 5 gaz sortis du filtre vers l'habitacle en fonctionnement normal, et un écoulement des gaz de l'habitacle à travers le filtre en vue de la régénération dudit filtre. 12-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un filtre à 10 gaz monté en série avec le filtre à particules. 13-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un filtre à gaz (11) monté en parallèle avec le filtre à particules. 14-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une vanne d'entrée (14) d'air pilotée afin de laisser passer un débit déterminé d'air extérieur à travers le filtre à gaz en fonctionnement normal. 15-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de 20 déclenchement du recyclage du filtre après une distance prédéterminée parcourue par le véhicule. 16-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une vanne de recyclage (14) montée en aval du filtre et en amont de la vanne de 25 régénération (24) dans le sens normal d'écoulement des gaz, ladite vanne de recyclage étant apte à autoriser en fonctionnement normal un écoulement vers l'habitacle de gaz recyclés issus de l'habitacle en plus de l'écoulement des gaz issus du filtre à gaz vers l'habitacle. 17-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une vanne de chauffage (20) montée en aval du filtre et en amont de la vanne de régénération dans le sens normal d'écoulement des gaz, ladite vanne de chauffage étant apte à autoriser en fonctionnement normal un écoulement vers l'habitacle de gaz passés ou non par l'aérotherme, et un écoulement des gaz de l'habitacle à travers le filtre en vue de la régénération dudit filtre à l'arrêt du véhicule. 18-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la vanne de régénération est 5 reliée au filtre à gaz par une première conduite (28) et à un filtre à particules par une deuxième conduite (29) et comprend un moyen pour ouvrir sélectivement l'une des deux conduites en vue de la régénération du filtre correspondant. 19-Procédé de détection de colmatage de filtre pour habitacle de 10 véhicule, dans lequel on soumet le filtre à une décharge électrique à haute tension, on mesure une grandeur électrique dépendante du colmatage du filtre, et on déduit de ladite mesure une estimation du colmatage du filtre. 20-Procédé selon la revendication 19, dans lequel lorsque 15 l'estimation de colmatage du filtre dépasse un seuil prédéterminé, on déclenche une régénération du filtre. 21-Procédé selon la revendication 20, dans lequel lors de la régénération, on fait passer les gaz en provenance de l'habitacle dans le filtre dans le sens inverse de l'écoulement des gaz en provenance de 20 l'extérieur à travers le filtre à gaz en fonctionnement normal.