Brevet FR2944320A1 — publié le 20101015

FILTRE A PARTICULES ET LIGNE D'ECHAPPEMENT COMPORTANT UN TEL FILTRE [000l] La présente invention concerne un filtre à particules, une ligne d'échappement avec un tel filtre et un véhicule avec la ligne d'échappement. [0002] La combustion du gazole dans les moteurs de type diesel (ou les moteurs fonctionnant en mélange pauvre) tend à former des produits carbonés sous forme de particules. On cherche à diminuer au maximum l'émission de ces particules en raison des problèmes environnementaux générés. [0003] Une technique pour traiter ces particules consiste à ajouter un filtre à particules (ou DPF pour � Disesel Particulate Filter � en anglais) dans la ligne d'échappement des gaz de combustion. Ce filtre est capable d'arrêter une forte proportion des particules engendrées par la combustion des combustibles dans le moteur. Le filtre devient cependant de moins en moins efficace au fur et à mesure que les particules s'y accumulent, car elles obturent progressivement le filtre, ce qui conduit à une perte de charge qui augmente dans le filtre, et ce qui finit par diminuer la performance du moteur. Une solution consiste régénérer le filtre en brûlant régulièrement les particules collectées par les filtres. Durant une opération de régénération, le filtre est soumis à des températures très élevées. Ce qui peut conduire à le détériorer. En conséquence, le véhicule risque de ne plus être en conformité avec la législation de dépollution. [0004 Des solutions ont été proposées pour détecter l'intégrité d'un filtre à particules. [0005] Le document WO-A2-2007/112323 décrit un appareil pour régénérer un dispositif de traitement de gaz d'échappement. L'appareil comporte un module de mesure de la pression, configuré pour mesurer la pression du gaz d'échappement, le module pouvant comprendre une jauge de contrainte de type piézoélectrique. [0006 Il est également connu du document US-B2-7 396 389 un appareil de détection des défauts pour un appareil de purification de gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne. [0007] Ces solutions ne sont pas convenables car complexes. Il existe donc un besoin pour un dispositif permettant de simplifier la détection de l'intégrité d'un filtre à particules. [000s] Pour cela, l'invention propose un filtre à particule comportant au moins une brique, chaque brique étant entourée d'un enveloppe, le filtre comprenant en outre au moins une jauge de mesure de la déformation de la brique. [000s] Dans une variante, la jauge est intégrée dans l'enveloppe, ou est collée à une partie de l'enveloppe, ou est enroulée autour de l'enveloppe. [ooio] Dans une variante, la jauge est au centre de la brique. [0011] Dans une variante, l'enveloppe est essentiellement symétrique autour d'un axe et la jauge comporte des fils sensiblement le long de l'axe. [0012] Dans une variante, le filtre comporte une pluralité de briques et au moins une jauge de mesure de la déformation des briques, dont avantageusement au moins une jauge mesurant la déformation de la brique la plus au centre du filtre. [0013] Dans une variante, le filtre comporte une jauge de mesure par brique, ou moins une jauge par brique plus particulièrement exposée. [0014] L'invention a également pour objet une ligne d'échappement d'un moteur comportant un filtre tel que défini précédemment, cette ligne pouvant avantageusement comporte au moins un pont de Wheastone auquel la ou les jauges sont reliées. [0015] Cette ligne d'échappement est tout particulièrement destinée à l'équipement d'un véhicule, qui sera alors avantageusement muni d'un témoin, tel un voyant lumineux, adapté à s'allumer lorsque la déformation mesurée d'une brique dépasse un seuil prédéterminé [0016] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : • figure 1, une vue d'un exemple de ligne d'échappement couplée à un moteur • figure 2, une vue d'un filtre muni d'une jauge de contraintes. [ooi7] L'invention se rapporte à un filtre à particules comprenant une enveloppe et au moins une brique dans l'enveloppe. Le filtre comprend en outre au moins une jauge de mesure de la déformation de la brique. La jauge permet de détecter les contraintes subies directement par le filtre. Ceci permet de détecter l'intégrité du filtre de manière plus simple et peu onéreuse. [0018] Par brique, il est entendu une unité élémentaire de filtration, comportant une série de canaux, par exemple de forme prismatique, une série de 4 à 16 briques étant disposées par exemple sous forme de 4 rangées de 4 briques pour former une structure complète, les briques disposées à la périphérie de la structure ainsi formée pouvant être taillées de façon à former une structure essentiellement cylindrique. Les briques sont assemblées par exemple par un ciment. Une telle structure multi-briques est plus stable qu'une structure monolithe, une fissure ou autre dommage apparent sur une brique ne pouvant pas se propager sur les briques voisines. [0019] La figure 1 montre une vue schématique d'une ligne 10 d'échappement d'un véhicule. Le véhicule comporte un moteur 12, par exemple du type Diesel. La ligne 10 d'échappement est reliée à l'échappement du moteur et permet le traitement des gaz d'échappement du moteur. La ligne d'échappement peut comprendre (à titre d'exemple), dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement, un catalyseur 14 d'oxydation suivi d'un dispositif deNox 16. La ligne comprend également un filtre à particules 18 pour le traitement des particules sous forme de suie présentes dans les gaz d'échappement. La ligne peut en outre comprendre des thermocouples 20, 22, par exemple disposés en amont et en aval du filtre 18. Le véhicule peut comporter un calculateur de bord 24 adapté à gérer le fonctionnement du moteur. Les thermocouples 20, 22 sont reliés au calculateur 24 de sorte à fournir des informations relatives à la température de part et d'autre du filtre 18. [0020] Le filtre 18 fonctionne selon un principe de stockage et de déstockage des particules. Le filtre n'élimine pas les particules en continu car la température des gaz d'échappement indiquée par les thermocouples 20, 22 n'est pas en permanence suffisamment élevée pour brûler les particules emprisonnées. Le calculateur 24 détermine les conditions optimales de température, de perte de charge dans le filtre 18 et des conditions d'accumulation des particules dans le filtre pour déclencher la combustion des particules emprisonnées. [0021] La figure 2 montre un exemple de filtre 18. Le filtre 18 comprend une enveloppe 26 et au moins une brique 28 dans l'enveloppe 26. La brique est 28 est un piège à particules en contact direct avec les gaz d'échappement s'écoulant le long de la ligne 10 d'échappement. Le filtre 18 peut comporter une unique brique (structure monolithe). Le filtre 18 peut aussi comporter une pluralité de briques 28 (structure multi-briques). L'avantage d'une telle structure est qu'une brique a pu se rompre pendant un cycle de régénération mais pas ses voisines. Ainsi, les conséquences néfastes d'une régénération violente sur le fonctionnement du filtre sont limitées car le filtre peut continuer à fonctionner avec les briques intactes. [0022] L'enveloppe 26 est par exemple une couche de ciment en céramique entourant la ou les briques 28. Dans le cas d'une pluralité de briques 28, les briques 28 sont entourées de l'enveloppe 26 à la manière d'un nid d'abeille. L'enveloppe 26 est en mesure de se déformer pour supporter la déformation par changement de volume de la ou des briques sous l'effet de la chaleur, en particulier lors de la régénération du filtre. [0023] Le filtre peut comporter un catalyseur déposé sur l'enveloppe ou sur les briques permettant de faciliter la régénération du filtre. [0024] Le filtre 18 peut en outre comporter une jauge 30 de contraintes pour mesurer la déformation de la brique 28. Par exemple la jauge 30 se compose d'un support souple isolant qui soutient un motif métallique. A mesure que le filtre 18 est déformé, le motif lui-même est déformé, modifiant sa résistance électrique. Que la jauge soit étirée ou compressée (sans pour autant former de boucle) en fonction de l'expansion ou de la compression du filtre, la section de la jauge est modifiée ce qui modifie la résistance. Ce changement de résistance est lié à la contrainte par la quantité connue sous le nom de facteur de jauge. [0025] Pour mesurer la déformation de la brique, la jauge 30 comporte par exemple un fil 32 d'une certaine résistance électrique. Les fils 32 peuvent être agencés de sorte que toute déformation de la brique 28 change la résistance électrique des fils 32 de la jauge 30. Les déformations s'expliquent par la chaleur à laquelle le filtre est exposé, notamment pendant un cycle de régénération, lors du fonctionnement du véhicule en ville ou sur route. La mesure du changement de résistance électrique des fils 32 sous l'effet de la déformation de la brique 28 permet de mesurer la déformation de la brique du filtre. Les fils peuvent être en un alliage de Constantan, en alliage d'Isoelastic, en alliage de karma, en alliage de Monel (Nickel et Cuivre), en manganin (Cuivre, Manganèse et Nickel), en nickel ou alliage de nickel, platine ou alliage à base de platine, etc... [0026] Selon la figure 2, les fils 32 peuvent être agencés selon des boucles avec des lignes parallèles entre les méandres. Si une fissure 34 se produit transversalement au fil 32, la fissure 34 rencontre plusieurs boucles ou lignes de fils 32 se qui se traduit par une modification de la résistance de la jauge 30 plus facilement détectable qu'un unique fil disposé longitudinalement. [0027] L'utilisation d'une jauge pour déterminer l'intégrité du filtre peut être mise en oeuvre localement sur une partie du filtre. Par exemple, dans le cas d'utilisation de fils 32, les fils 32 peuvent être disposés en un endroit particulier du filtre. La jauge 30 peut être aussi mise en oeuvre sur toute la longueur du filtre 18. L'utilisation d'une jauge de contrainte est une solution peu encombrante. En outre, cette solution est compatible avec tout matériau qui constitue le filtre 18. [0028] Comme indiqué sur la figure 2, la jauge 30 permet de détecter la présence de fissures 34 dans la brique 28. En fonction du signal délivré par la jauge, il est possible également de connaître l'aspect des fissures 34 dans la brique 28. Ainsi, la fissure 34 peut être � fermée � ou � ouverte �. Les conséquences de la présence d'une fissure 34 � fermée � ne sont pas les mêmes qu'une fissure � ouverte �. En effet, avec une fissure � fermée �, le filtre 18 peut continuer à fonctionner bien qu'avec une efficacité réduite puisque moins de particules seront filtrées. Dans le cas d'une fissure � ouverte �, le filtre ne peut plus fonctionner correctement puisque la fonction de filtrage n'est plus assurée. Il existe alors un fort risque de pollution de l'atmosphère par le véhicule comportant le filtre. La jauge permet ainsi d'obtenir une information sur l'état du filtre à particules de manière simple et peu onéreuse. [0029] Le filtre 18 peut comporter une ou plusieurs jauges 30. Les jauges peuvent être affectées à certaines briques (les plus exposées). Plusieurs jauges peuvent être affectées à une seule brique (brique exposée). La ou les jauges 30 peuvent être disposées de plusieurs manières sur le filtre 18. Par exemple, la ou les jauges 30 peuvent être intégrées dans l'enveloppe 26. Dans le cas où le filtre comporte une pluralité de briques, la ou les jauges sont de préférence localisées à proximité des briques les plus exposées et donc les briques les plus à risque. Il peut s'agir de la brique centrale ou des briques dans une région centrale du filtre 18. [0030] La ou les jauges 30 peuvent être collées sur tout ou partie de la surface extérieure de l'enveloppe 26. La ou les jauges 30 peuvent être fixées sur tout ou partie de la longueur de l'enveloppe. Des adhésifs sont employés pour fixer la jauge de contrainte, tels que par exemple le cyanoacrylate, l'epoxy, de la céramique, ou du nitrate de cellulose. L'intérêt est de pouvoir ajouter une ou des jauges à un filtre déjà fabriqué et d'adapter plus facilement la position de la ou des jauges sur le filtre. [0031] Comme cela est visible sur la figure 2, l'enveloppe 26 de la ou des briques 18 peut être sensiblement symétrique autour d'un axe 25 et la ou les jauges 30 peuvent comporter des fils sensiblement le long de l'axe de l'enveloppe. Un tel agencement augmente la sensibilité de la jauge à la déformation de la brique du filtre. [0032] Alternativement, la ou les jauges 30 peuvent être enroulées autour de l'enveloppe 26. L'avantage est de pouvoir surveiller l'intégralité du filtre 18 avec un nombre très réduit de jauges, voire avec une seule jauge qui peut à elle seule entourer toute l'enveloppe sur plusieurs spires. Quelque soit le nombre et l'emplacement des jauges 18, il est possible de déterminer l'intégrité des briques en détectant le changement de volume de l'enveloppe. [0033] La jauge 18 peut aussi être intégrée au sein de la ou des briques 18. La ou les jauges peuvent être intégrées au centre de la brique. Ceci permet de déterminer l'intégrité de la brique au contact même de la brique, et en particulier là où les fissures se forment systématiquement. Dans le cas où le filtre comporte une pluralité de briques, la ou les jauges peuvent être dans la ou les briques les plus exposées et donc les briques les plus à risque. Il peut s'agir de la brique centrale ou des briques dans une région centrale du filtre 18. [0034] Dans l'hypothèse où la jauge est sur la surface extérieure de l'enveloppe, cette jauge peut avantageusement être montée sur un support, car la jauge 18 sous forme de fils peut être fragile et difficile à manipuler. Le support est habituellement fait d'un diélectrique (habituellement plastique) qui fournit un bon isolant électrique entre les fils de la jauge de contrainte et le filtre. Le support peut être en polyimide, époxy, éventuellement renforcé par fibres de verre, etc... [0035] Selon la figure 2, la ligne 10 peut en outre comporter un pont de Wheastone 36 auquel la jauge est reliée. Le pont de Wheastone 36 est alimenté par une source de tension 38. Le pont 36 permet de mesurer la variation de résistance de la ou des jauges 30. Cela permet de réduire les variations parasites (comme la température) sur la jauge et avoir une meilleure précision. En outre, une telle solution consomme peu d'électricité. [0036] Le véhicule peut en outre comporter un témoin, tel un voyant lumineux. Le voyant lumineux est allumé lorsque la déformation mesurée dépasse un seuil prédéterminé. Ceci permet d'indiquer à l'utilisateur que le filtre est endommagé et qu'il doit être remplacé. Il peut être prévu que le calculateur 24 déclenche le voyant lumineux aussitôt qu'il est détecté que l'intégrité d'une brique est endommagée. Ceci assure d'avoir un filtre toujours en bon état. Il est aussi possible que le calculateur 24 déclenche le voyant lumineux que lorsque toutes les briques sont endommagées. Il est aussi possible que le calculateur 24 déclenche le voyant lumineux que lorsque les briques considérées comme les plus exposées sont endommagées. [0037] Egalement, le calculateur 24 peut déclencher le voyant lumineux en fonction de la nature de la fissure, c'est-à-dire, selon que la fissure est ouverte ou fermée. Par exemple, pour un facteur de jauge inférieur ou égal à un premier seuil S1 (par exemple 0,5), le calculateur 24 peut considérer que le filtre est en bon état. Aucune action n'est à prévoir. Ceci peut correspondre à une zone de déformation élastique du filtre, pour laquelle le filtre ne se fissure pas. Pour un facteur de jauge supérieur à si mais inférieur ou égal à un deuxième seuil S2 (par exemple 0,8), le calculateur peut considérer que des fissures fermées sont dans le filtre. Toutefois, il peut être considérer qu'aucune action n'est à prévoir. Pour un facteur de jauge supérieur à S2, le calculateur peut considérer que des fissures ouvertes sont dans le filtre. Le calculateur 24 déclenche le voyant lumineux pour indiquer à l'utilisateur que le filtre ne fonctionne plus correctement et qu'il faut changer le filtre. Ces valeurs sont directement liées avec la contrainte de jauge qui indique l'ouverture d'une fissure et donc son niveau de fonctionnement. REVENDICATIONS1. Un filtre (18) à particule comprenant une enveloppe (26) et une brique (28) dans l'enveloppe, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une jauge (30) de mesure de la déformation de la brique. 2. Le filtre selon la revendication 1, dans lequel la jauge (30) est intégrée dans l'enveloppe, ou est collée à une partie de l'enveloppe, ou est enroulée autour de l'enveloppe. 3. Le filtre selon la revendication 1, dans lequel la jauge est au centre de la brique. 4. Le filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'enveloppe est essentiellement symétrique autour d'un axe (25) et la jauge comporte des fils (32) sensiblement le long de l'axe. 5. Le filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, le filtre comporte une pluralité de briques, chaque brique étant dans une enveloppe, le filtre comportant au moins une jauge de mesure de la déformation des briques. 6. Le filtre selon la revendication 5, comportant une ou plusieurs jauges de mesure de la déformation de la brique la plus au centre du filtre. 7. Le filtre selon la revendication 5 ou la revendication 6, comportant pour chaque brique une ou plusieurs jauges de mesure. 8. Le filtre selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, comportant une pluralité de jauges de mesure de la déformation des briques les plus exposées. 9. Une ligne (10) d'échappement de moteur caractérisé en ce qu'elle comporte le filtre (18) selon l'une des revendications précédentes. 10. La ligne selon la revendication précédente, comprenant en outre un pont de Wheastone (36) auquel la jauge est reliée.