Brevet FR2917168A1 — publié le 20081212

L'invention concerne un procédé de contrôle non destructif pour dispositif de dépollution de gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile ainsi qu'un appareil et une installation de nettoyage de dispositifs de dépollution de ce type utilisant le procédé de contrôle. Les polluants issus de la combustion d'un moteur de véhicule automobile que celui-ci soit un moteur Diesel ou essence, sont majoritairement des hydrocarbures imbrûlés, des oxydes d'azote (monoxyde d'azote NO et dioxyde d'azote NO2), des io oxydes de carbone (monoxyde de carbone CO) et dans le cas des moteurs Diesel et des moteurs à injection directe à essence, des particules solides carbonées. Afin de respecter les normes environnementales internationales, la maîtrise des émissions de HC, de CO, de 15 NOx et de particules est impérative et des technologies de post-traitement des gaz sont indispensables. La dépollution des véhicules automobiles fait appel à différents systèmes de post-traitement pour éliminer les polluants produits par le moteur : les catalyseurs, et le filtre à 20 particules dans le cas des moteurs Diesel. Le filtre à particules permet d'éliminer par filtration les particules solides présentes dans les gaz d'échappement des moteurs Diesel. II est installé dans la ligne d'échappement du moteur et comporte au moins un élément de filtration constitué 25 d'un support à structure poreuse fixé dans une enveloppe métallique qui est reliée à la ligne d'échappement. Le support filtrant est constitué, par exemple, d'éléments en matière céramique poreuse à travers lesquels passe le flux des gaz d'échappement et qui retiennent ainsi les particules 30 solides de suie en suspension dans ces gaz. Une fois piégées dans les éléments du filtre, les particules colmatent peu à peu celui-ci. Elles doivent donc être éliminées périodiquement par élévation de la température jusqu'à 450 à 700 C au sein du filtre afin d'entraîner leur combustion. Cette opération est couramment appelée régénération du filtre à particules. Elle se pratique sur la ligne même d'échappement, durant l'utilisation du véhicule. Classiquement l'énergie nécessaire à la régénération est fournie par une élévation de la température des gaz d'échappement. Cependant demander au moteur de fournir une telle température présente des difficultés, en particulier dans le cas io des températures les plus élevées comprises entre 550 à 700 C. Pour abaisser la température de combustion des suies, une méthode consiste à ajouter un additif dans le carburant. Les additifs peuvent être constitués par des composés 15 minéraux en solution dans un solvant organique qui, mélangés au carburant, sont injectés dans la chambre de combustion par le système d'injection et évacués, avec les autres résidus, dans les gaz d'échappement. La présence de ces additifs dans le filtre à particules où il 20 sont mélangés intimement avec les particules de suie leur permet de jouer un rôle catalyseur lors de la combustion de ces particules et d'abaisser la température d'inflammation des suies aux environs de 350 C à 550 C. La combustion dans le filtre à particules permet d'éliminer les 25 composés organiques et le carbone contenu dans les suies. Cependant certains éléments retenus dans le support filtrant ne sont pas brûlés dans les phases successives de régénération et s'accumulent progressivement dans le filtre. Il s'agit essentiellement de résidus minéraux provenant des 30 additifs contenus dans le carburant, des lubrifiants, des particules dues à l'usure du moteur ou provenant de l'environnement extérieur, lorsqu'elles n'ont pas été retenues par le filtre à air. Du point de vue de la composition chimique, de nombreuses espèces peuvent être présentes dans ces résidus, par exemple des oxydes, des sulfates, des nitrates ou des phosphates d'éléments tels que le cérium, le zinc, le calcium, le cuivre, le fer ou le nickel. Après une longue durée de fonctionnement dans la ligne d'échappement, le colmatage du filtre à particules par ces résidus peut entraîner une détérioration des performances du moteur et une augmentation de sa consommation. II devient io alors nécessaire de procéder au remplacement du filtre à particules. Du fait du coût élevé de ces filtres, il est intéressant, ensuite, de pouvoir les réutiliser après les avoir nettoyés. Les brevets français 99 07682 et 01 05582 décrivent, par 15 exemple, des installations de nettoyage des filtres à particules. Après passage dans une installation analogue, les filtres sont destinés à être remontés sur des véhicules automobiles, en remplacement des filtres colmatés. Il est donc nécessaire de garantir un parfait état du filtre qui 20 est remonté sur le véhicule, tant au point de vue propreté qu'au point de vue état du support filtrant. Pour cela, une installation de contrôle non destructif de l'état du filtre à particules doit être ajoutée à l'installation de nettoyage. Une telle installation est proposée dans la demande de brevet 25 français 02 06808. Selon l'enseignement de cette demande, cette installation utilise des dispositifs de contrôle par rayons X pour déterminer le niveau d'encrassement de la masse poreuse et par ultrasons pour contrôler la présence de fissures dans le substrat. 30 L'utilisation de rayons X pour contrôler la présence de résidus est, toutefois, un procédé onéreux, long et complexe à mettre en oeuvre. II ne donne, en outre qu'une vision globale de l'encrassement. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de contrôle non destructif de la présence de résidus dans la masse poreuse d'un dispositif de dépollution traversé par les gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile qui soit peu coûteux et facile à utiliser. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de contrôle non destructif d'un dispositif de dépollution de gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, composé d'une masse poreuse dont les canaux sont susceptibles de io recevoir, après un temps de fonctionnement du moteur, un dépôt de résidus contenant une proportion connue de matériaux conducteurs. Selon ce procédé, on crée un champ électromagnétique dans la masse poreuse du dispositif de dépollution de façon à 15 provoquer dans une bobine, placée à proximité de ces matériaux, un signal Barkhausen induit par les matériaux conducteurs contenus dans le dépôt de résidus, la mesure des variations du signal Barkhausen étant représentative de la présence et de la quantité de matériaux conducteurs dans le 20 voisinage dudit champ et, par conséquent, de la quantité de résidus contenant ces matériaux. En variante, on associe en outre, une mesure des variations du champ électromagnétique initial provoquées par les courants de Foucault induits par les matériaux conducteurs 25 contenus dans le dépôt de résidus pour évaluer la présence et la quantité de matériaux conducteurs dans le voisinage dudit champ. L'invention concerne également un appareil de contrôle non destructif mettant en oeuvre ce procédé. 30 Cet appareil comporte au moins une sonde apte à être introduite dans l'un des canaux de la masse poreuse du dispositif de dépollution, ladite sonde étant reliée à un générateur alternatif qui crée dans une zone définie de la sonde, un champ électromagnétique, de façon à provoquer dans une bobine, placée à proximité de ces matériaux, un signal Barkhausen induit par les matériaux conducteurs contenus dans le dépôt de résidus au voisinage de la sonde. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention : ^ la sonde est déplaçable en translation le long du canal dans lequel elle est introduite. • L'appareil de contrôle comporte plusieurs voies de détection montées en parallèle. ^ la sonde reliée au générateur alternatif crée, en outre, dans io une zone définie de la sonde, un champ électromagnétique, de façon à provoquer l'apparition de courants de Foucault induits par les matériaux conducteurs contenus dans le dépôt de résidus au voisinage de la sonde. Enfin, l'invention est également relative à une installation de 15 nettoyage et de restauration de dispositifs de dépollution de gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile comportant au moins un appareil de contrôle par signal de Barkhausen induits par les matériaux conducteurs contenus dans le dépôt de résidus associé à une unité de contrôle et de 20 décision qui détermine, à partir du signal fournit par l'appareil à signal de Barkhausen, le niveau d'encrassement du dispositif de dépollution. L'installation comporte, en outre, au moins un appareil de contrôle par courants de Foucault induits par les matériaux 25 conducteurs contenus dans le dépôt de résidus associé à une unité de contrôle et de décision qui détermine, à partir du signal fournit par l'appareil à courants de Foucault, le niveau d'encrassement du dispositif de dépollution. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 30 apparaîtront clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre indicatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil de contrôle selon l'invention engagé dans un filtre à particules. La figure 2 est une vue en coupe transversale de la figure 1 et, La figure 3 est un schéma synoptique d'une installation de retraitement des filtres à particules mettant en oeuvre l'appareil de l'invention. Comme on l'a expliqué plus haut, les résidus imbrûlés io accumulés dans un filtre à particules et qui tendent à le colmater sont composés principalement d'oxydes métalliques. Certains de ces oxydes comme, par exemple, l'oxyde de fer, Fe2O3 sont ferromagnétiques et conducteur. Lorsque l'on applique un champ électromagnétique dans un filtre à 15 particules contenant des résidus, des changements surviennent dans la structure des domaines des matériaux ferromagnétiques contenus dans ces résidus. Ces changements dans le magnétisme induiront dans une bobine, placée à proximité de ces matériaux, une impulsion 20 appelée bruit ou signal Barkhausen Une variation de l'épaisseur de la couche de résidus et, donc de la quantité de matériaux conducteurs présents dans le voisinage du champ électromagnétique, provoquera une variation de ce champ et donc du signal Barkhausen résultant. 25 Par ailleurs, on connaît la composition moyenne des résidus. L'oxyde de fer, par exemple, en constitue environ 10 à 20% de la masse. En mesurant les variations du signal Barkhausen, il est donc facile de connaître la quantité de matériaux conducteurs ayant 30 donné naissance à ce signal et, par conséquent, d'en déduire la quantité de résidus qui les contiennent. On va maintenant décrire, à titre d'exemple, un appareil permettant de mettre en oeuvre le procédé que l'on vient d'exposer. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un filtre à particules 1 vu en coupe longitudinale. La masse poreuse de ce filtre est structurée par des canaux axiaux 2. Les résidus 3 se déposent, au cours de l'utilisation du moteur, sur les parois 4 de ces canaux. Pour contrôler la présence et l'importance de ce dépôt, on io introduit dans l'un des canaux 2 une sonde 5. Cette sonde dite Barkhausen , est capable, à la fois, de créer et de détecter le signal Barkhausen. Pour cela elle comporte une tête reliée à un générateur sinusoïdal 6 qui délivre dans une zone 7 très localisée, à l'extrémité de la sonde, un champ 15 électromagnétique 8, ainsi qu'un dispositif apte à capter le signal Barkhausen. La présence de matériaux ferromagnétiques, comme l'oxyde de fer dans les résidus, amènera, une modification du champ électromagnétique créé par la sonde et donc, l'apparition d'un 20 signal Barkhausen proportionnel à la quantité de matériaux ferromagnétiques contenus dans ces résidus. En déplaçant la sonde 5 le long du canal 2, il est possible d'avoir une localisation précise des dépôts résiduels et une mesure de leur importance. 25 II est également possible d'obtenir une mesure plus globale, en paramétrant le signal pour déterminer un certain nombre de niveaux d'encrassement des filtres à particules et de les trier à partir de ces niveaux. Comme on le voit figure 2 qui est une vue en coupe 30 transversale du filtre à particules au droit de l'extrémité de la sonde 5, le champ électromagnétique 8 de celle-ci balaie les canaux 2a à 2d adjacents au canal 2 dans lequel elle est introduite. De la sorte le contrôle se fait sur plusieurs canaux à la fois. Pour permettre le contrôle du filtre en une seule passe, on utilise plusieurs voies de détection montées en parallèle afin de couvrir la totalité de la masse du filtre à particules. Sur la figure 3 on a représenté schématiquement une installation de recyclage du filtre à particules intégrant l'appareil selon l'invention. Les filtres encrassés 10 sont placés d'abord dans un four 11 dans lequel les suies sont brûlées à haute température, ils passent ensuite dans une installation 12 de trempage et de io nettoyage à l'eau, puis dans un dispositif 13 de séchage, par exemple à l'air chaud. Ils sont ensuite dirigés vers l'appareil à signal Barkhausen 14. Cet appareil est associé à une unité de contrôle et de décision 15. 15 L'unité 15 détermine, à partir du signal fournit par l'appareil Barkhausen, le niveau d'encrassement du filtre. Si le signal fournit par la sonde est supérieur à une valeur donnée correspondant au seuil maximum de résidus acceptable, le filtre est considéré comme encore encrassé par 20 l'unité 15. II est donc renvoyé vers l'installation de nettoyage 13 pour y subir un nouveau cycle de nettoyage/séchage. On prédétermine le nombre de passage maximum que peut effectuer un même filtre à particules. Si au bout de ces 25 passages, le signal de la sonde Barkhausen est toujours supérieur au seuil prédéterminé, il est considéré comme défectueux et envoyé vers la zone de rebut 18. Si le signal fournit par la sonde est inférieur à la valeur donnée correspondant au seuil maximum de résidus 30 acceptable, le filtre est considéré comme propre. II passe ensuite dans un dispositif à ultrasons pour contrôler la présence éventuelle de défauts, tels que des fissures, dans sa masse. Si de tels défauts sont décelés par l'unité de contrôle et de décision 17 associée à ce dispositif, le filtre est envoyé vers la zone de rebut 18, sinon, il est dirigé vers la zone de recyclage 19. Le champ magnétique d'excitation produit par le générateur de courant alternatif provoque également l'apparition de courants de Foucault induits par les matériaux conducteurs contenus dans le dépôt de résidus. De sorte qu'il est possible de mesurer également les variations du champ électromagnétique initial pour évaluer la présence et la quantité de matériaux io conducteurs dans le voisinage dudit champ et, par conséquent, la quantité de résidus contenant ces matériaux. Cette mesure peut donc être effectuer en complément de celle fondée sur le signal Barkhausen afin d'obtenir une plus grande précision dans les résultats et/ou de balayer un champ plus 15 large autour de la sonde. Le procédé et l'appareil selon l'invention présentent de nombreux avantages, le procédé est simple et rapide, l'appareil est peu onéreux, peu encombrant et facilement automatisable; il permet une vision globale et locale de 20 l'encrassement. II s'applique, non seulement, au contrôle non destructif des filtres à particules mais aussi au contrôle l'encrassement de tout dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur contenant des résidus ferromagnétiques et 25 conducteurs. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle non destructif d'un dispositif de dépollution (1) de gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, composé d'une masse poreuse dont les canaux (2) sont susceptibles de recevoir, après un temps de fonctionnement du moteur, un dépôt de résidus (3) contenant une proportion connue de matériaux conducteurs, caractérisé en ce que l'on crée un champ électromagnétique (8) dans la masse poreuse du dispositif de io dépollution (1) de façon à provoquer dans une bobine, placée à proximité de ces matériaux, un signal Barkhausen induit par les matériaux conducteurs contenus dans le dépôt de résidus (3), la mesure des variations du signal Barkhausen étant représentative de la présence et de la quantité de 15 matériaux conducteurs dans le voisinage dudit champ et, par conséquent, de la quantité de résidus contenant ces matériaux. 2. Procédé de contrôle non destructif d'un dispositif de dépollution (1) de gaz d'échappement selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que l'on mesure en outre les variations du champ électromagnétique initial (8) provoqués par les courants de Foucault induits par les matériaux conducteurs contenus dans le dépôt de résidus pour évaluer la présence et la quantité de matériaux conducteurs dans le voisinage dudit 25 champ. 3. Appareil de contrôle non destructif d'un dispositif de dépollution (1) de gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, composé d'une masse poreuse dont les canaux (2) sont susceptibles de recevoir, après un temps de 30 fonctionnement du moteur, un dépôt de résidus (3) contenant une proportion connue de matériaux conducteurs,caractérisé en ce qu'il comporte au moins une sonde (5) apte à être introduite dans l'un des canaux (2) de la masse poreuse du dispositif de dépollution (1), ladite sonde étant reliée à un générateur alternatif (6) qui crée dans une zone définie (7) de la sonde, un champ électromagnétique (8), de façon à provoquer dans une bobine, placée à proximité de ces matériaux, un signal Barkhausen induit par les matériaux conducteurs contenus dans le dépôt de résidus (3) au voisinage de la sonde. io 4. Appareil de contrôle non destructif d'un dispositif de dépollution selon la revendication 3, caractérisé en ce que la sonde (5) est déplaçable en translation le long du canal (2) dans lequel elle est introduite. 5. Appareil de contrôle non destructif d'un dispositif de 15 dépollution selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs voies de détection montées en parallèle. 6. Appareil de contrôle non destructif d'un dispositif de dépollution selon l'une des revendications 3 à 5, 20 caractérisé en ce que la sonde (5) reliée au générateur alternatif (6) crée, en outre, dans une zone définie (7) de la sonde, un champ électromagnétique (8), de façon à provoquer l'apparition de courants de Foucault induits par les matériaux conducteurs contenus dans le dépôt de résidus (3) au 25 voisinage de la sonde. 7. Installation nettoyage et de restauration de dispositifs de dépollution (1) de gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, composé d'une masse poreuse dont les canaux (2) sont susceptibles de recevoir, après un temps de 30 fonctionnement du moteur, un dépôt de résidus (3) contenant une proportion connue de matériaux conducteurs, caractérisé en ce qu'elle comporte au moins un appareil (14) de contrôle par signal de Barkhausen induits par les matériaux conducteurs contenus dans le dépôt de résidus (3) associé à 35 une unité de contrôle et de décision (15) qui détermine, àpartir du signal fournit par l'appareil à signal de Barkhausen (14), le niveau d'encrassement du dispositif de dépollution (1). 8. Installation nettoyage et de restauration de dispositifs de 5 dépollution (1) de gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'elle comporte en outre au moins un appareil de contrôle par courants de Foucault induits par les matériaux conducteurs contenus dans le dépôt de résidus (3) io associé à une unité de contrôle et de décision qui détermine, à partir du signal fournit par l'appareil à courants de Foucault, le niveau d'encrassement du dispositif de dépollution.