Brevet FR3007452A1 — publié le 20141226

FILTRE À PARTICULES EQUIPE D'UN DISPOSITIF D'OBTURATION SELECTIF pool La présente invention concerne un procédé de surveillance de l'état de fonctionnement d'un filtre à particule (FAP) équipant un véhicule automobile. [0002] Les gaz d'échappement contiennent des éléments polluants qu'il n'est pas souhaitable de rejeter dans l'atmosphère. Ces éléments polluants émanent de la combustion des hydrocarbures et désignent par exemple les oxydes d'azote, le monoxyde de carbone, le carburant imbrûlé ou encore les particules de suie. [0003] Une fois la combustion terminée, les gaz d'échappement quittent le moteur puis, après avoir éventuellement alimenté un turbocompresseur (aujourd'hui généralisé sur les véhicules diesel), sont canalisés vers une ligne d'échappement. Le long de la ligne d'échappement, les gaz subissent plusieurs traitements afin qu'en soient au moins partiellement extraits certains éléments nocifs. [0004] Une ligne d'échappement des véhicules comprend généralement une tubulure dans laquelle les gaz d'échappement circulent. De manière générale, les gaz traversent successivement un pré-catalyseur puis un catalyseur et enfin un filtre à particules. Un tel agencement est notamment décrit dans la demande 20 de brevet français FR 2 963 640 (PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES). [0005] Un filtre à particules possède le plus souvent une structure en nid d'abeille, et présente une entrée par laquelle s'engouffrent les gaz à filtrer et une sortie d'où les gaz filtrés s'échappent. Entre l'entrée et la sortie, le filtre comprend des conduits adjacents, parallèles, séparés par des parois de 25 filtration poreuses. [0006] La fonction première du filtre à particules est d'extraire des gaz d'échappement les particules de suie. Il permet notamment de retenir les particules dont le diamètre est supérieur ou égal à 23 nanomètres. Le filtre peut être partiellement composé de métaux précieux comme le platine, le palladium, 30 ou encore une céramique, ce qui explique son prix. [0007] Au cours de la vie du véhicule, les parois poreuses accumulent des particules de suie, lesquelles finissent par obstruer le filtre, entravant l'évacuation des gaz. Il est donc nécessaire, pour préserver la fonction de dépollution, de procéder régulièrement à une opération de régénération du filtre. [00os] Deux techniques principales existent. [0009] La première, dite passive, consiste à ajouter un additif à base de cérine dans le combustible afin d'abaisser la température de combustion des particules de suie à la température courante des gaz d'échappement. [0olo] La seconde technique, dite active, recourt à des moyens extérieurs pour amener le filtre à la température requise pour la combustion des particules de suie. Il est ainsi connu de positionner un brûleur en amont du filtre ou d'utiliser un pré-catalyseur associé à une post-injection de carburant dans le cylindre, pilotée par une électronique de gestion du moteur. [0ou] Un filtre à particules est soumis à d'intenses contraintes. Les cycles thermiques, associés aux processus de régénération, peuvent engendrer des fissures dans les éléments filtrants, au détriment de la qualité de filtration. [0012] II a été proposé dans la demande de brevet FR 2 976 620 (PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES) un filtre à particules équipé de capteurs de pression. Le filtre, de contour circulaire, est cloisonné de sorte que le volume de filtrage est partagé en quatre secteurs utiles distincts et hermétiquement séparés. A l'entrée et à la sortie du filtre, un capteur de pression est positionné au droit de chaque secteur, de manière à mesurer la perte de charge dans chacun des secteurs en calculant la différence de pression entre le capteur d'entrée et le capteur de sortie. La perte de charge est comparée à un modèle théorique, et un signal de régénération est généré dès lors que la mesure ne correspond plus à la théorie. [0013] Cette technique donne satisfaction mais gagne à être perfectionnée, car, si elle permet de détecter une perte de charge excessive, sa précision n'est pas suffisante pour détecter une fissure affectant l'un des secteurs. Il existe, de fait, un rapport de 1 à 10 entre la précision effective (environ 20 mbar) de la mesure permettant de décréter une régénération, et la précision requise (environ 2 mbar) pour la détection d'une fissure. [0014] Un objectif est par conséquent de proposer une méthode de mesure des pertes de charges dans les filtres à particules, suffisamment précise et robuste pour permettre la détection de fissures. [0015] A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un filtre à particules comprenant un corps définissant une enceinte de filtration, cette enceinte de filtration étant subdivisée en plusieurs secteurs adjacents, séparés deux à deux par des cloisons qui s'étendent d'une extrémité amont à une extrémité aval, le filtre à particules comprenant un dispositif d'obturation comprenant un obturateur d'entrée disposé en regard de l'extrémité amont, et un obturateur de sortie disposé en regard de l'extrémité aval, chaque obturateur étant muni d'un cache et étant monté mobile par rapport au corps de sorte à pouvoir adopter une pluralité de positions d'obturation dans chacune desquelles le cache masque au moins l'un des secteurs. [0016] Le filtre ainsi agencé permet de localiser une anomalie dans les éléments filtrants et d'en déterminer l'ampleur. [0017] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : - chaque secteur est instrumenté par au moins deux capteurs de pression, à savoir un capteur amont disposé à l'extrémité amont et un capteur aval disposé à l'extrémité aval ; - les cloisons sont poreuses ; - chaque obturateur comprend une roue dentée et un cache dont la forme correspond à celle des secteurs ; - le filtre comprend un mécanisme d'entraînement de chaque obturateur ; - chaque obturateur comprend une roue dentée, et le mécanisme d'entraînement comprend, pour chaque roue, un pignon en prise d'engrenage avec la roue ; - les obturateurs sont synchronisés pour obturer simultanément un même secteur ; - chaque cache se présente sous forme d'un éventail comprenant une pluralité de lamelles et pouvant adopter une configuration repliée dans laquelle les lamelles sont superposées et une position déployée dans laquelle les lamelles obturent conjointement un secteur. [0018] II est proposé, en deuxième lieu, un véhicule automobile équipé d'un filtre à particules tel que présenté ci-dessus. [0019] II est proposé, en troisième lieu, un procédé de détection d'anomalie dans un filtre à particules comprenant un corps définissant une enceinte de filtration, cette enceinte de filtration étant subdivisée en plusieurs secteurs adjacents, séparés deux à deux par des cloisons qui s'étendent d'une extrémité amont à une extrémité aval, le procédé comprenant les étapes consistant à: - obturer successivement les secteurs, - mesurer la pression en amont et en aval de chaque secteur non obturé et en déduire une perte de charge pour chaque secteur non obturé, - répéter l'opération pour l'ensemble des secteurs, - comparer entre elles les pertes de charge des secteurs. [0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière concrète à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation, laquelle est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective éclatée montrant un filtre à particules équipé d'un dispositif d'obturation comprenant deux obturateurs mobiles disposés respectivement en regard d'une entrée et d'une sortie du filtre ; - la figure 2 est une vue similaire à la figure 1, montrant le filtre assemblé ; - la figure 3 est une vue similaire à la figure 3, montrant le filtre partiellement en arraché pour illustrer le chemin des gaz au travers d'une cloison de séparation entre deux secteurs adjacents obturés respectivement en entrée et en sortie ; - la figure 4 est une vue en coupe partielle montrant le filtre à particules monté dans une tubulure d'échappement ; - la figure 5 est une vue en perspective partielle montrant un filtre à particules équipé d'un dispositif d'obturation selon une variante de réalisation dans laquelle l'obturateur se présente sous forme d'un éventail mobile, ici illustré en position ouverte ; - la figure 6 est une vue similaire à la figure 5, dans laquelle l'obturateur en éventail est en position fermée et obture un secteur du filtre à particules. [0021] Sur les figures est représenté un filtre 1 à particules destiné notamment à équiper un véhicule diesel en étant monté dans une tubulure 2 d'échappement. [0022] Le filtre 1 comprend un corps 3 définissant une enceinte 4 de filtration munie d'une extrémité 5 amont et d'une extrémité 6 aval. L'enceinte 4 de filtration est subdivisée en plusieurs (en l'espèce quatre) secteurs 7 adjacents, séparés deux à deux par des cloisons 8. Chaque cloison 8 s'étend selon un axe longitudinal du corps 3, à partir de l'extrémité 5 amont jusqu'à l'extrémité 6 aval et est constituée d'un matériau poreux à base de céramique. Les secteurs 7 adjacents sont chacun pourvus d'une pluralité de parois poreuses (non représentées) également en céramique, agencées parallèlement les unes aux autres. Ces parois sont munies d'une multitude de micropores et s'étendent d'une extrémité à l'autre de l'enceinte 4, constituant une structure en nid d'abeille ayant pour fonction de piéger les particules de suie présentes dans les gaz d'échappement traversant le filtre 1. [0023] Le filtre 1 comprend un dispositif 9 d'obturation muni de deux obturateurs 10, 11 mobiles similaires, à savoir un obturateur 10 d'entrée et un obturateur 11 de sortie, et un mécanisme 12 d'entraînement destiné à mettre en mouvement les obturateurs 10, 11. L'obturateur 10 d'entrée est monté pivotant sur l'extrémité 5 amont tandis que l'obturateur 11 de sortie est monté pivotant sur l'extrémité 6 aval. Chaque obturateur 10, 11 comprend une roue 13 d'entraînement (en l'espèce sous forme d'une roue dentée mais il pourrait s'agir d'une poulie) et un cache 14 monté sur la roue 13. [0024] Selon un premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, le cache 14 a une forme et des dimensions correspondant à celles de chaque secteur 7, de sorte que lorsque le cache 14 est disposé en regard d'un secteur 7 il obture complètement celui-ci. [0025] Le mécanisme 12 d'entraînement comprend, pour chaque obturateur 10, 11, un pignon 15 engrenant celui-ci et solidaire d'un arbre de sortie d'un moteur (non représenté), par exemple du type pas à pas, de sorte à commander la rotation de la roue 13 et le déplacement du cache 14 selon une trajectoire circulaire. [0026] Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 2, l'obturateur 10 d'entrée et l'obturateur 11 de sortie sont synchronisés, c'est à dire, que le cache 14 de l'obturateur 10 d'entrée et le cache 14 de l'obturateur 11 de sortie occupent en permanence une même position angulaire pour toujours obturer un même secteur 7. Cette synchronisation peut être réalisée au moyen d'un arbre 16 de liaison rendant les pignons 15 solidaires. [0027] L'obturation simultanée d'un secteur 7 donné à la fois en entrée par l'obturateur 10 d'entrée et en sortie par l'obturateur 11 de sortie a pour effet d'inhiber totalement ce secteur 7. Avantageusement, chaque roue 13 est équipée d'un codeur angulaire permettant, à l'aide d'un capteur, de connaître à chaque instant la position angulaire du cache 14. [0028] Le filtre 1 est en outre équipé d'un dispositif 17 de mesure de pression comprenant huit capteurs de pression agencés comme suit : - quatre capteurs 18 amont positionnés au niveau de l'extrémité 5 amont du filtre 1, en regard de chaque secteur 7 pour y mesurer la pression des gaz entrant dans le filtre 1, - quatre capteurs 19 aval positionnés au niveau de l'extrémité 6 aval du filtre 1, en regard de chaque secteur 7 pour y mesurer la pression des gaz sortant du filtre 1. [0029] Ainsi chaque secteur 7 est instrumenté par deux capteurs de pression, à savoir un capteur 18 amont et un capteur 19 aval. [0030] Les capteurs 18 amont et les capteurs 19 aval sont reliés à une unité 20 de contrôle programmée pour traiter les données reçues, et en particulier pour effectuer des comparaisons entre les pressions mesurées en entrée et en sortie du filtre 1 de manière à déterminer une perte de charge dans celui-ci, propre à chaque secteur 7. L'unité 20 de contrôle est également reliée au(x) moteur(s) de commande des pignons 15, pour entraîner les roues 13 en rotation selon un angle prédéterminé. [0031] Dans le mode de réalisation de la figure 2, dans lequel l'obturateur 10 d'entrée et l'obturateur 11 de sortie sont synchronisés, au moins l'un des secteurs 7 est systématiquement obturé à la fois en entrée et en sortie, de sorte que seuls trois (en l'espèce) des secteurs 7 sont fonctionnels. L'unité 20 de contrôle peut être programmée pour que chaque secteur 7 soit obturé alternativement, pendant une durée prédéterminée au moins égale au temps minimal requis pour la mesure des pressions. [0032] Après un tour complet des obturateurs, l'unité 20 de contrôle dispose des valeurs mesurées des pertes de charges de l'ensemble des secteurs 7 et peut comparer ces valeurs entre elles. [0033] On note dP1, dP2, dP3 et dP4, les pertes de charge respectives des secteurs 7. [0034] Tant que dP1 = dP2 = dP3 = dP4, l'unité 20 de contrôle considère que le filtre 1 est intact et poursuit la rotation des obturateurs 10, 11. [0035] En revanche, dès lors que l'une des mesures (par ex. dP1) apparaît différente des autres de manière répétée (par ex. pour un nombre de mesures répétées supérieur à 3), alors le secteur 7 correspondant est décrété défaillant. Toute fissure entraînant une augmentation de la perte de charge, la perte de charge du secteur 7 défaillant est supérieure aux pertes de charge des autres secteurs 7 (par ex. dP1 > dP2 = dP3 = dP4). [0036] Une défaillance décrétée d'un secteur n'aboutit pas nécessairement à son inhibition, car la pollution supplémentaire générée peut ne pas dépasser les seuils légaux, auquel cas il serait déraisonnable, d'un point de vue économique, de remplacer le filtre 1. [0037] En revanche, il peut être envisagé que, dès lors que la perte de charge du secteur 7 décrété défaillant dépasse un certain seuil, le secteur 7 en question soit inhibé par obturation en amont et/ou en aval. [0038] Dans un mode de réalisation alternatif illustré sur la figure 3, les pignons 15 peuvent être désynchronisés en étant par ex. chacun reliés à un moteur pas à pas propre. [0039] II est alors possible d'opérer un décalage angulaire de l'obturateur 11 de sortie par rapport à l'obturateur 10 d'entrée, par ex. pour que les caches 14 masquent des secteurs 7 décalés, aux fins (dans l'hypothèse où les cloisons 8 de séparation sont poreuses) de forcer les gaz d'échappement au travers des cloisons 8, comme illustré par la flèche sur la figure 3. En déviant de la sorte le chemin emprunté par les gaz d'échappement, l'unité 20 de contrôle peut maintenir le taux d'émission de particules du filtre 1 au-dessous des seuils réglementaires. [0040] Dans une variante de réalisation illustrée sur les figures 5 et 6, le cache 14 se présente sous la forme d'un éventail déployable et repliable, monté sur la roue 13. Le cache 14 comprend une pluralité de lamelles 21 qui, dans une position repliée du cache 14 (figure 5), se chevauchent et qui, dans une position déployée du cache 14 (figure 6), s'étendent dans le prolongement les unes des autres à la manière des marches d'un escalier en colimaçon pour venir obturer complètement un secteur 7. [0041] Comme précédemment, la roue 13 peut être mise en rotation par un pignon 15 solidaire d'un arbre de sortie d'un moteur, tandis que le cache 14 peut être déployé (ou replié) à l'aide d'un moteur secondaire. [0042] Le filtre 1 ainsi équipé offre les avantages suivants. [0043] Premièrement, il est possible de détecter une fissure sur l'un des secteurs 7 par simple comparaison mutuelle des pertes de charge. [0044] Deuxièmement, il est possible d'inhiber un secteur 7 sans obérer le fonctionnement du filtre 1, au bénéfice de la longévité et de la robustesse de celui-ci. REVENDICATIONS1. Filtre (1) à particules comprenant un corps (3) définissant une enceinte (4) de filtration, cette enceinte (4) de filtration étant subdivisée en plusieurs secteurs (7) adjacents, séparés deux à deux par des cloisons (8) qui s'étendent d'une extrémité (5) amont à une extrémité (6) aval, caractérisé en ce que le filtre (1) à particules comprend un dispositif (9) d'obturation comprenant un obturateur (10) d'entrée disposé en regard de l'extrémité (5) amont, et un obturateur (11) de sortie disposé en regard de l'extrémité (6) aval, chaque obturateur (10, 11) étant muni d'un cache (14) et étant monté mobile par rapport au corps (3) de sorte à pouvoir adopter une pluralité de positions d'obturation dans chacune desquelles le cache (14) masque au moins l'un des secteurs (7). 2. Filtre (1) à particules selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque secteur (7) est instrumenté par au moins deux capteurs (18, 19) de pression, à savoir un capteur amont (18) disposé à l'extrémité (5) amont et un capteur (19) aval disposé à l'extrémité (6) aval. 3. Filtre (1) à particules selon la revendication 1 caractérisé en ce que les cloisons (8) sont poreuses. 4. Filtre (1) à particules selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque obturateur (10, 11) comprend une roue (13) dentée et un cache (14) dont la forme correspond à celle des secteurs (7). 5. Filtre (1) à particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un mécanisme (12) d'entraînement de chaque obturateur (10, 11). 6. Filtre (1) à particules selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque obturateur (10, 11) comprend une roue (13) dentée, et en ce que le mécanisme (12) d'entraînement comprend, pour chaque roue (13), un pignon (15) en prise d'engrenage avec la roue (13). 7. Filtre (1) à particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les obturateurs (10, 11) sont synchronisés pour obturer simultanément un même secteur (7). 8. Filtre (1) à particules selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cache (14) se présente sous forme d'un éventail comprenant une pluralité de lamelles (21) et pouvant adopter une configuration repliée dans laquelleles lamelles (21) sont superposées et une position déployée dans laquelle les lamelles obturent conjointement un secteur (7). 9. Véhicule automobile équipé d'un filtre (1) à particules selon l'une de revendications précédentes. 10. Procédé de détection d'anomalie dans un filtre (1) à particules comprenant un corps (3) définissant une enceinte (4) de filtration, cet enceinte (4) de filtration étant subdivisée en plusieurs secteurs (7) adjacents, séparés deux à deux par des cloisons (8) qui s'étendent d'une extrémité (5) amont à une extrémité (6) aval, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - obturer successivement les secteurs (7), - mesurer la pression en amont et en aval de chaque secteur (7) non obturé et en déduire une perte de charge pour chaque secteur (7) non obturé, - répéter l'opération pour l'ensemble des secteurs (7), - comparer entre elles les pertes de charge des secteurs (7).