Brevet FR2861802A1 — publié le 20050506

La présente invention concerne un dispositif électronique pour contrôler le fonctionnement d'un filtre électrostatique disposé dans la ligne d'échappement d'un véhicule automobile. Un tel filtre électrostatique est décrit dans la demande de brevet français 02 06304. La figure 1 des dessins annexés représente schématiquement le filtre électrostatique décrit dans la demande de brevet précitée. Ce filtre comprend une enceinte 1 cylindrique comportant à l'une de ses extrémités une entrée 2 des gaz d'échappement et à l'autre extrémité une sortie 3 de ces gaz d'échappement. Un filament métallique 4 maintenu par des blocs 5, 6 de centrage et d'isolation s'étend axialement entre les deux extrémités 2, 3 de l'enceinte 1. Le bloc 6 est partiellement en céramique pour supporter le filament 4 et l'isoler d'une autre partie du bloc qui est métallique (nécessaire pour un chauffage par effet Joule du filtre 7). Le filament 4 est entouré par une cellule de filtrage 7 constituée par un réseau de fils ou fibres métalliques définissant une multitude d'orifices de passages radiaux pour les gaz d'échappement. En outre, le filament 4 est relié à un générateur haute tension 8 apte à créer entre ce filament 4 et la cellule 7 qui est reliée à la masse 9, un champ électrostatique. Les gaz d'échappement qui traversent radialement la cellule 7 sont ionisés au préalable au voisinage du filament 4. Cette ionisation génère la présence d'électrons et d'ions positifs et négatifs qui, en s'attachant aux particules de suie de l'écoulement vont favoriser leur capture sur les fibres de la cellule 7. L'état de la technique n'apporte aucune solution aux problèmes suivants: détecter des encrassements de la cellule de filtrage provoqués par le dépôt de suie sur les éléments d'isolation de cette cellule, - décrasser la cellule de filtrage, mettre hors tension le générateur de haute tension en cas de détection d'un défaut de fonctionnement du filtre, - réguler en courant l'alimentation électrique du filtre pour assurer un filtrage efficace à moindre énergie quel que soit le débit des gaz d'échappement. Le but de la présente invention est d'apporter des solutions aux problèmes évoqués ci-dessus. L'invention vise ainsi un dispositif électronique pour contrôler le fonctionnement d'un filtre électrostatique disposé dans la ligne d'échappement d'un véhicule automobile, ce filtre comprenant une enceinte comportant à l'une de ses extrémités une entrée des gaz d'échappement et à l'autre extrémité une sortie de ces gaz d'échappement, un filament métallique s'étendant axialement entre les deux extrémités du filtre, ce filament étant entouré par une cellule de filtrage constituée par un réseau de fils ou fibres métalliques définissant une multitude d'orifices de passages radiaux pour les gaz d'échappement, le filament étant relié à un générateur haute tension apte à générer une décharge couronne permettant l'ionisation des gaz, le chargement électrique des particules et leur attachement aux fibres de la cellule. Suivant l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce que ledit générateur haute tension est adapté pour générer une tension comprise entre 1 kV et 20 kV et un courant d'intensité comprise entre 1 mA et 50 mA et en ce que le dispositif comprend un circuit de mesure de la tension et du courant adapté pour détecter une chute de tension due à un encrassement de la cellule de filtrage et des moyens pour générer des décharges électriques pour décrasser ladite cellule de filtrage. Selon une version préférée de l'invention, le dispositif comprend un circuit électronique de supervision adapté pour mettre hors tension le générateur haute tension en cas de détection d'un défaut de fonctionnement du filtre, tel qu'un court-circuit entretenu ou un circuit ouvert. De préférence, le circuit électronique de supervision est en outre adapté 30 pour informer un système électronique et I ou le conducteur du véhicule de l'apparition du défaut de fonctionnement d'un filtre. De préférence également, le dispositif selon l'invention, comprend des moyens pour réguler l'intensité du courant généré dans le filtre en fonction du débit et de la température des gaz d'échappement, de façon à obtenir un filtrage efficace dans toutes les circonstances, en consommant juste l'énergie nécessaire. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore tout au long de la description. Aux dessins annexés donnés à titres d'exemples non limitatifs: - la figure 2 est le schéma fonctionnel du dispositif selon l'invention, - la figure 3 est un chronogramme représentant, en régime continu différentes phases de fonctionnement du dispositif selon l'invention, - la figure 4 est le schéma électrique d'un exemple du générateur haute tension utilisé dans le dispositif selon l'invention, - la figure 5 est le schéma du circuit qui permet de faire la différence entre un défaut fonctionnel du filtre et un encrassement du filtre, - la figure 6 est le schéma du circuit de régulation en courant de la haute tension. La figure 2 montre le schéma fonctionnel du dispositif permettant d'assurer les différentes fonctionnalités de filtrage. Ces fonctionnalités sont les suivantes: ^ générer par un générateur 8 une haute tension inter électrode de l'ordre de 1 kV à 20 kV et assurer l'alimentation de 1 mA à 50 mA en fonctionnement nominal, ^ détecter par un circuit 10 des encrassements du filtre (dépôt de suie sur éléments d'isolation des cellules de filtrage 7) entraînant un courant de court-circuit et donc une chute de tension, ^ entretenir et supporter des décharges régulières sans altération de la fonctionnalité de l'électronique pour décrasser le filtre 7, ^ mettre hors tension l'électronique haute tension 8 et informer un circuit électronique 11 ou le conducteur d'un défaut de fonctionnement du filtre (court-circuit entretenu ou circuit ouvert à cause d'un défaut du filtre), ^ réguler en courant l'alimentation du filtre 7 pour assurer un filtrage efficace à moindre énergie en fonction du débit et de la température d'échappement des gaz. Le schéma de la figure 3 montre que lors du fonctionnement normal, la haute tension peut présenter de petites chutes de tension dues à de légers encrassements du filtre. Lorsqu'un fort encrassement est détecté, des chutes de tension plus importantes sont détectées par le circuit 10 et le dispositif commande alors une augmentation du courant au-delà de la valeur de consigne pour générer des décharges énergétiques (en limite de régime d'arc), permettant de décrasser le filtre. Le chronogramme de la figure 3 montre également les chutes de tension et de courant résultant d'un court-circuit dû à un défaut du filtre. La topologie du générateur haute tension 8 est représentée sur la figure 4. Sur cette figure, la référence 12 désigne le réseau basse-tension qui alimente le générateur, 13 désigne une capacité résonante, 14 désigne une self résonante, 15 un transformateur, 16 un interrupteur par exemple mosfet, 17 un multiplicateur capacitif et 18 une résistance qui modélise l'impédance du filtre. Le réseau basse tension peut être celui du véhicule ou celui d'une alimentation intermédiaire alimentant l'onduleur et le circuit de redressement haute tension. Ainsi, le dispositif peut comporter une électronique de puissance comprenant un générateur HT constitué par: - un convertisseur 12 pouvant être le réseau d'alimentation de bord du véhicule ou un convertisseur DCIDC; - un onduleur permettant de générer un courant sinusoïdal pour alimenter un transformateur et un multiplicateur capacitif; - un ensemble transformeur, multiplicateur capacitif pour générer la haute tension. Cette topologie répond de façon adéquate pour assurer les fonctions de génération haute tension, pour délivrer le courant requis pour l'application et de tenir les court-circuits (tenue en court-circuit grâce à l'impédance primaire de la capacité 13 et de la self 14). Cette topologie permet de réduire la taille du transformateur 15 grâce à un multiplicateur capacitif 17 et donc le coût de l'électronique de puissance. Elle permet en outre de transformer directement la tension d'entrée en une haute tension sans avoir besoin d'un convertisseur de tension continue intermédiaire. On pourrait bien entendu utiliser tout autre générateur de haute tension suivant l'état de l'art. La détection d'encrassement (voir bloc 10 figure 2) ainsi qu'un défaut fonctionnel du filtre doivent être différenciés. Les défauts fonctionnels du filtre peuvent être dus à une usure du filtre, à un défaut de fabrication ou de montage. Un encrassement du filtre peut être faible ou fort: le générateur 8 peut assurer son nettoyage par décharge énergétique. 1 er cas: filtre encrassé Cas d'encrassement faible Le générateur étant dimensionné pour une certaine puissance crête, si le court-circuit est du à un encrassement ponctuel, la haute tension chute ponctuellement et revient à son niveau précédent. Cas d'encrassement fort Le générateur étant dimensionné pour une certaine puissance crête, si le court-circuit est du à un encrassement fort, la haute tension chute de manière répétitive et peut ne pas revenir à son niveau précédent. L'électronique du générateur est dimensionnée et pilotée pour générer un boost en courant (voir figure 3) afin de décrasser le filtre. Une détection de seuil bas et I ou de fréquence d'occurrence de seuil bas permet de différencier un encrassement fort d'un encrassement faible. 2ème cas: filtre en défaut fonctionnel de court-circuit Un court circuit entretenu et prolongé fait chuter la haute tension vers 0V. Une détection de court-circuit permet de différencier un court-circuit d'un encrassement fort du filtre. Un procédé de mise en oeuvre est donc par exemple le suivant (voir figure 5). La mesure de la haute tension est comparée à des seuils de détection pour pouvoir faire la différence entre un défaut fonctionnel du filtre et un encrassement de filtre. La détection de filament ouvert se fait suivant le même procédé en 30 utilisant un comparateur de seuil haut. En cas de détection de court-circuit dû à un défaut fonctionnel du filtre ou de détection de circuit ouvert, le superviseur 20 donnera l'ordre au générateur d'arrêt de fonctionner. Une électronique 11 pourra alors informer le conducteur du défaut de 35 filtrage. D'autres procédés de détection pourront être utilisés suivant l'état de l'art (mesure du courant au primaire, mesure du courant secondaire...). Un autre aspect de l'invention concerne le mode de commande de la haute tension pour générer dans l'espace inter-électrodes suffisamment d'ions pour assurer le collage des particules de suie sur les cellules de filtrage 7. Le mode de commande adéquat permettant d'assurer un filtrage efficace est de réguler le générateur 8 en courant. Un dispositif de mise en oeuvre d'une telle régulation peut être celui représenté sur le schéma de la figure 6. Dans cet exemple, la mesure du courant est effectuée par un shunt dont l'un des potentiels est situé sur un côté basse tension de l'alimentation. REVENDICATIONS 1. Dispositif électronique pour contrôler le fonctionnement d'un filtre électrostatique disposé dans la ligne d'échappement d'un véhicule automobile, ce filtre comprenant une enceinte (1) comportant à l'une de ses extrémités une entrée (2) des gaz d'échappement et à l'autre extrémité une sortie (3) de ces gaz d'échappement, un filament métallique (4) s'étendant axialement entre les deux extrémités du filtre, ce filament (4) étant entouré par une cellule de filtrage (7) constituée par un réseau de fils ou fibres métalliques définissant une multitude d'orifices de passages radiaux pour les gaz d'échappement, le filament (4) étant relié à un générateur haute tension (8) apte à générer une décharge couronne permettant l'ionisation des gaz, le chargement électrique des particules et leur attachement aux fibres de la cellule, caractérisé en ce que ledit générateur haute tension (8) est adapté pour générer une tension comprise entre 1 kV et 20 kV et un courant d'intensité comprise entre 1 mA et 50 mA et en ce que le dispositif comprend un circuit (10) de mesure de la tension et du courant adapté pour détecter une chute de tension due à un encrassement de la cellule de filtrage (7) et des moyens pour générer des décharges électriques pour décrasser ladite cellule de filtrage (7). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit électronique de supervision (20) adapté pour mettre hors tension le générateur haute tension (8) en cas de détection d'un défaut de fonctionnement du filtre, tel qu'un court-circuit entretenu ou un circuit ouvert. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit électronique de supervision (20) est en outre adapté pour informer un système électronique (11) et / ou le conducteur du véhicule de l'apparition du défaut de fonctionnement du filtre. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour réguler l'intensité du courant généré dans le filtre en fonction du débit et de la température des gaz d'échappement. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une électronique de puissance qui comporte un générateur HT constitué par: un convertisseur (12) pouvant être le réseau d'alimentation de bord 5 du véhicule ou un convertisseur DCIDC - un onduleur permettant de générer un courant sinusoïdal pour alimenter un transformateur et un multiplicateur capacitif - un ensemble transformateur, multiplicateur capacitif pour générer la haute tension.