FR2892641A1 - Mesure de l'homogeneite de depot des suies dans un filtre a particules et controle de la regeneration dudit filtre - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un procédé de mesure de l'homogénéité du dépôt de suies dans un filtre à particules comprenant les étapes consistant à mesurer, simultanément ou successivement, les grandeurs caractéristiques respectives d'au moins deux écoulements de gaz ayant chacun traversé une portion longitudinale différente dudit filtre puis à comparer entre elles les grandeurs caractéristiques ainsi mesurées. Elle a également pour objet un procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules comprenant les étapes consistant à mesurer l'homogénéité du dépôt de suies dans ledit filtre et à adapter les paramètres de ladite régénération en fonction de la valeur d'homogénéité obtenue.

Description

MESURE DE L'HOMOGENEITE DE DEPOT DES SUIES DANS UN FILTRE A PARTICULES ET

CONTRâLE DE LA REGENERATION DUDIT FILTRE.

L'invention se rapporte au domaine des filtres à particules de structure en nid d'abeille utilisés dans une ligne d'échappement d'un moteur pour l'élimination des suies, typiquement produites par la combustion d'un carburant diesel dans un moteur à combustion interne. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un procédé de mesure de l'homogénéité de dépôt des suies dans un tel filtre et à un procédé de contrôle de la régénération d'un filtre. Les moteurs à allumage par compression, appelés moteurs Diesel sont connus pour produire une quantité de suies importante. Cela résulte de phénomènes de pyrolyse d'hydrocarbure en l'absence d'oxygène au sein même de la flamme de combustion et à l'insuffisance de la température au sein de la chambre de combustion pour brûler l'intégralité des particules de suies ainsi produites. Ces suies, lorsqu'elles sont émises à l'extérieur du véhicule, servent de germes sur lesquels viennent condenser les hydrocarbures imbrûlés, constituant ainsi des particules solides pouvant être inhalées et dont la petite taille permet une progression jusqu'aux alvéoles pulmonaires. Pour limiter l'émission des suies à l'extérieur du véhicule et respecter les normes environnementales toujours plus sévères, il est connu de disposer sur la ligne d'échappement des dispositifs de filtration, éventuellement associés à ou incluant des dispositifs catalytiques, ces derniers ayant pour but la transformation d'émissions gazeuses polluantes en gaz inertes. Parmi les émissions gazeuses polluantes figurent notamment les hydrocarbures imbrûlés ainsi que les oxydes d'azote (NOX) ou le monoxyde de carbone (CO). Les dispositifs de filtration de suies, appelés couramment filtres à particules sont en général constitués d'un support filtrant en céramique poreuse.

Ce support présente généralement une structure en nid d'abeille, une des faces de ladite structure permettant l'admission des gaz d'échappement à filtrer et l'autre face l'évacuation des gaz d'échappement filtrés. Entre ces faces, respectivement appelées dans la suite du texte faces amont et aval, la structure filtrante présente un ensemble de canaux longitudinaux et parallèles entre eux séparés par des parois poreuses, lesdits canaux étant obturés à l'une de leurs extrémités afin de forcer les gaz d'échappement à traverser lesdites parois poreuses. Pour une bonne étanchéité de l'ensemble, la partie périphérique de la structure est entourée d'un ciment appelé ciment de revêtement. Le filtre est également entouré d'un gainage, fréquemment appelé canning et constitué d'un mat en fibres de verre et d'une enveloppe métallique. Afin de conférer une meilleure résistance aux chocs thermiques, les filtres sont parfois constitués d'un assemblage d'éléments monolithiques et parallélépipédiques appelés segments et présentant une structure en nid d'abeille, lesdits éléments étant assemblés à l'aide d'un ciment. Des exemples de tels filtres dits segmentés sont décrits dans les demandes de brevets EP 816 065, EP 1 142 619, EP 1 455 923 ou encore WO 2004/065088.

Les céramiques le plus souvent utilisées sont la cordiérite (Mg2AI4Si2O18) ou le carbure de silicium (SiC), ce dernier étant préféré pour ses propriétés de conductivité thermique et de résistance à la corrosion. Au cours du fonctionnement du moteur, le filtre à particules se charge en particules de suie, lesquelles se déposent sur les parois poreuses. De la même manière que dans la chambre de combustion se pose le problème de la température minimale nécessaire pour permettre la combustion des suies. Les suies étant retenues dans le filtre, la cinétique de combustion peut être plus lente que dans la chambre de combustion, ce qui permet d'abaisser la température de combustion des suies à environ 600 C. Ce gain est toutefois insuffisant pour assurer une combustion des suies au sein du filtre sur toute la plage de fonctionnement du moteur. Il est donc nécessaire de prévoir, à la suite d'un cycle de filtration, un cycle de régénération, au cours duquel les suies sont brûlées. Le filtre à particules fonctionne donc selon les modes suivants : - filtration et combustion quasi-simultanée des suies lorsque la 30 température des gaz d'échappement le permet, - rétention et accumulation des particules de suies dans le filtre lorsque la température des gaz d'échappement est trop faible, - régénération du filtre avant que les pertes de charge dues à l'accumulation des suies ne deviennent inacceptables. Le colmatage progressif du filtre lors de la phase de rétention des suies provoque en effet une augmentation de la perte de charge se traduisant par une 5 augmentation de la consommation du moteur. L'étape de régénération se fait par élévation de la température des gaz d'échappement à l'aide d'une post injection, qui consiste à injecter tardivement dans le cycle moteur du carburant qui va brûler dans la ligne d'échappement. Lors de la régénération, et du fait de la combustion exothermique des 10 suies, le filtre subit des températures élevées. Ces températures étant en outre inhomogènes au sein du matériau du fait que les particules de suies se déposent préférentiellement dans la partie centrale du filtre ainsi que dans sa partie aval, le filtre est soumis à un choc thermique important, susceptible de générer au sein du matériau des micro-fissurations entraînant une perte partielle ou totale de sa 15 capacité de filtration. Le caractère plus ou moins homogène de la répartition des suies dans le filtre est par conséquent un paramètre particulièrement important à évaluer puisqu'il influe directement sur le choc thermique que peut subir le filtre et l'invention a donc pour but de proposer un procédé permettant d'évaluer 20 l'homogénéité du dépôt de suies dans un filtre à particules. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de mesure de l'homogénéité du dépôt de suies dans un filtre à particules comprenant les étapes consistant à mesurer, simultanément ou successivement, les grandeurs caractéristiques respectives d'au moins deux écoulements de gaz ayant chacun traversé une 25 portion longitudinale différente dudit filtre puis à comparer entre elles les grandeurs caractéristiques ainsi mesurées. Il faut entendre par portion longitudinale une portion du filtre s'étendant entre ses faces amont et aval parallèlement aux canaux longitudinaux. Une portion longitudinale peut ainsi comprendre un seul canal longitudinal 30 ainsi que les parois poreuses du filtre qui le délimitent, ou bien un ensemble de canaux longitudinaux. Dans le cas où le filtre est segmenté, une portion longitudinale peut par exemple correspondre à un segment. La grandeur caractéristique de l'écoulement de gaz est avantageusement choisie parmi la vitesse ou le débit, la vitesse étant particulièrement préférée du fait de la relative facilité de sa mesure. Le gaz employé dépend des conditions de mise en oeuvre du procédé. Lorsque ce dernier est utilisé en ligne (c'est-à-dire dans la ligne d'échappement du moteur en fonctionnement), le gaz sera le gaz d'échappement dudit moteur. Ce type de mesure peut également être réalisé hors ligne, par exemple sur un banc d'essais, et un gaz tel que l'air peut être employé. Les différentes mesures des grandeurs caractéristiques de l'écoulement peuvent être réalisées successivement ou simultanément. Ce dernier cas est préféré car il ne nécessite pas de moyens de déplacement transversal du moyen de mesure.

Les inventeurs ont pu mettre en évidence que la quantité de suies présentes dans un filtre à particules variait linéairement avec la vitesse ou le débit d'un écoulement de gaz ayant traversé ledit filtre, ce qui permet de déterminer avec précision le premier de ces paramètres en comparant la vitesse mesurée avec des valeurs prédéterminées obtenues par exemple après un étalonnage réalisé sur un filtre de même type en tenant en particulier compte de la pression en amont du filtre. Cette mesure de vitesse ou de débit peut d'ailleurs être mise en oeuvre pour contrôler de manière plus précise et plus fiable le processus de régénération du filtre par rapport aux procédés de contrôle habituels faisant intervenir la mesure de la perte de charge au travers du filtre, car la variation de la perte de charge avec la quantité de suies de suies n'est pas linéaire. La comparaison directe entre les vitesses ou les débits de différents écoulements de gaz ayant traversé différentes portions longitudinales (par exemple différents canaux longitudinaux) du filtre permet quant à elle d'évaluer l'homogénéité de dépôt des suies dans le filtre, sans étalonnage préalable.

Selon un premier mode de réalisation, on mesure les vitesses respectives d'une série d'écoulements de gaz ayant traversé chacun une portion longitudinale différente du filtre, lesdites portions longitudinales étant espacées d'un pas déterminé selon un axe ou selon deux axes orthogonaux d'un plan transversal. Le pas est alors de préférence égal ou inférieur à la largeur d'un canal longitudinal. On peut ainsi réaliser une cartographie de vitesses selon un plan transversal et évaluer l'homogénéité du dépôt des suies par diverses méthodes mathématiques, telles que la comparaison entre les vitesses extrêmes, ou encore le calcul de l'écart type de la distribution de vitesses. Ce type de mesure peut également être effectué en prenant en compte le débit de l'écoulement de gaz et non sa vitesse. Selon un autre mode de réalisation, on mesure la vitesse respective de deux écoulements de gaz ayant respectivement traversé une portion longitudinale située sensiblement au centre du filtre et une portion longitudinale située sensiblement en périphérie dudit filtre, et l'on détermine une différence absolue de vitesses AV, cette dernière grandeur étant caractéristique de l'homogénéité du filtre. Ce procédé présente l'avantage d'une plus grande simplicité, puisque seuls deux moyens de mesure de la vitesse sont nécessaires. Il tient compte en outre du fait que les suies se déposent généralement en plus grand nombre au centre du filtre, les valeurs de vitesse extrêmes se trouvant donc habituellement respectivement au centre et en périphérie du filtre. Ici encore, une mesure du débit de l'écoulement de gaz peut remplacer la mesure de la vitesse dudit écoulement.

Les inventeurs ont également mis en évidence que la prise en compte de la mesure de l'homogénéité du dépôt des suies dans le filtre permettait d'améliorer la régulation ou le contrôle de la régénération. La quantité de suies déposée est habituellement évaluée en ligne par mesure de la perte de charge, c'est-à-dire par mesure du différentiel de pression entre les faces du filtre. C'est actuellement en fonction de ce paramètre que les conditions de la régénération sont déterminées, cette dernière étant amorcée ou achevée lorsque la perte de charge atteint des valeurs déterminées. La mesure de perte de charge n'est toutefois reliée qu'à la quantité totale de suies déposée dans le filtre et non à l'homogénéité du dépôt des suies, et les inventeurs ont mis en évidence qu'il peut se produire qu'une régénération s'achève alors qu'il subsiste une hétérogénéité de dépôt des suies importante susceptible d'endommager le filtre lors d'une régénération ultérieure. Une telle régénération, qualifiée d'imparfaite dans la suite du texte, est donc préjudiciable à une longue durée de vie des filtres à particules. L'invention a donc également pour but d'améliorer le contrôle des conditions de la régénération afin d'éviter que le filtre ne subisse des chocs thermiques trop intenses susceptibles de le fragiliser. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules comprenant les étapes consistant à mesurer l'homogénéité du dépôt de suies dans ledit filtre et à adapter les paramètres de ladite régénération en fonction de la valeur d'homogénéité obtenue.

Une adaptation des conditions de la régénération en fonction de la mesure d'homogénéité permet alors d'éviter les régénérations imparfaites. On évite ainsi de faire subir des chocs thermiques trop intenses au filtre et l'on peut alors allonger la durée de vie des filtres et/ou autoriser l'emploi de matériaux présentant une moindre performance en termes de propriétés thermomécaniques.

Les paramètres de la régénération à modifier pour éviter qu'une régénération imparfaite se produise sont de préférence la durée et/ou le débit de post injection. La mesure de l'homogénéité du dépôt de suies dans le filtre à particules est de préférence réalisée selon le procédé décrit précédemment, c'est-à-dire par la mesure des grandeurs caractéristiques respectives d'au moins deux écoulements de gaz ayant chacun traversé une portion longitudinale différente dudit filtre, puis par la comparaison entre elles des grandeurs caractéristiques (telles que le débit ou la vitesse) ainsi mesurées. La mesure de l'homogénéité du dépôt des suies dans le filtre à particules n'est de préférence pas la seule mesure susceptible d'être utilisée pour contrôler le processus de régénération. Il est préférable que la régénération soit en partie contrôlée par les procédés connus de l'art antérieur, notamment les procédés utilisant une mesure de la perte de charge ou les procédés consistant à déclencher une régénération lorsqu'un nombre de kilomètres parcouru est atteint.

Le moment opportun pour amorcer et/ou achever une régénération peut par exemple être en partie déterminé par la mesure de la perte de charge au travers du filtre puis par comparaison de la valeur mesurée avec une valeur prédéterminée. La mesure de l'homogénéité du dépôt de suies peut alors être prise en compte alternativement ou simultanément : - de manière ponctuelle au début d'une régénération amorcée par une mesure de la perte de charge, par exemple pour contrôler le débit de la post injection, - de manière ponctuelle à l'issue d'une régénération, issue déterminée par une mesure de perte de charge, par exemple pour décider ou non de l'allongement de la durée de post injection, Selon un premier mode de réalisation, l'homogénéité du dépôt de suies dans le filtre est mesurée au début de la régénération (ou juste avant le début de la régénération), et l'on diminue le débit de post injection si ladite homogénéité n'est pas satisfaisante, en particulier si la valeur mesurée se situe au-delà d'une valeur prédéterminée. La diminution du débit de post-injection se fait relativement à la valeur qu'aurait eu ce débit sans prise en compte de l'homogénéité de dépôt des suies. Selon un second mode de réalisation, l'homogénéité du dépôt de suies dans le filtre est mesurée en fin de régénération, et, si ladite homogénéité n'est pas satisfaisante, l'on allonge la durée de post injection, généralement d'une durée suffisante pour que l'homogénéité redevienne satisfaisante. Le procédé selon l'invention comprend alors une première étape de diagnostic du caractère imparfait de la régénération qui vient de se dérouler, notamment par comparaison entre la valeur d'homogénéité obtenue et une valeur prédéterminée, puis, au cas où la régénération est diagnostiquée comme imparfaite, une seconde étape d'allongement de la durée de post-injection. La durée d'allongement peut être prédéterminée ou corrélée avec l'obtention d'une valeur d'homogénéité acceptable. Simultanément à l'allongement de la durée de post injection, il est possible d'adapter d'autres paramètres de la régénération, par exemple d'augmenter le débit de post-injection.

Le procédé selon l'invention peut en particulier être réalisé à l'issue d'une régénération contrôlée de manière connue de l'art antérieur, notamment par la mesure de la perte de charge au travers du filtre et ce n'est qu'à l'issue de la régénération que l'homogénéité de dépôt des suies est évaluée, et qu'un correctif est appliqué sous forme d'un allongement de la durée de post injection, éventuellement accompagné d'une augmentation du débit de post-injection, lorsque cette dernière a été jugée imparfaite. La durée de l'allongement de la post- injection peut être prédéterminée : il peut s'agir par exemple d'un pourcentage donné de la durée normale de la régénération. La régénération peut également être stoppée dès lors que la valeur d'homogénéité redevient satisfaisante, notamment lorsqu'elle passe en deçà d'une valeur prédéterminée. En particulier, lorsque la mesure de l'homogénéité de dépôt de suies dans le filtre est réalisée par mesure de la vitesse respective de deux écoulements de gaz ayant respectivement traversé une portion longitudinale située sensiblement au centre du filtre et une portion longitudinale située sensiblement en périphérie dudit filtre, et détermination d'une différence absolue de vitesses AV, on diagnostique de préférence que la régénération est imparfaite si la différence absolue de vitesses AV dépasse une valeur prédéterminée AV1, et, si la régénération est diagnostiquée comme imparfaite, l'on augmente la durée de post injection d'un temps nécessaire pour que la différence absolue de vitesses AV passe en dessous d'une deuxième valeur prédéterminée AV2. On peut alternativement augmenter la durée de post injection d'un temps prédéterminé, une nouvelle mesure de l'homogénéité de dépôt des suies étant effectuée à la fin de la régénération allongée permettant de déterminer si cette dernière est encore imparfaite et si un nouvel allongement de la durée est nécessaire. Les valeurs prédéterminées discutées ci-dessus peuvent être alternativement des valeurs de seuil fixées ou bien des valeurs susceptibles d'être modifiées selon les paramètres de fonctionnement du moteur et/ou du filtre. La détermination précise des valeurs ad hoc est à la portée de l'homme du métier et il serait sans intérêt de faire figurer dans la présente description des valeurs précises ne s'appliquant qu'à des cas particuliers. Selon un autre aspect, la présente invention se rapporte à un dispositif 30 pour la mise en oeuvre du procédé de mesure de l'homogénéité de dépôt des suies ou du procédé de contrôle de la régénération précédemment décrits.

Lesdits procédés peuvent être mis en oeuvre dans différentes situations, telles que par exemple en ligne , c'est-à-dire dans une ligne d'échappement du moteur d'un véhicule automobile ou encore (dans le cas du procédé de mesure de l'homogénéité) hors ligne , en particulier sur un banc d'essai visant à étudier expérimentalement les performances d'un filtre et/ou les caractéristiques de la régénération les mieux adaptées à un filtre donné. Dans ce dernier cas, un tel dispositif comprend notamment : des moyens pour impulser un gaz tel que l'air dans le filtre, des moyens de confinement du débit d'air introduit dans le filtre, - des moyens de régulation du débit et/ou de la pression de l'air introduit dans le filtre, des moyens de mesure, en sortie du filtre, d'une grandeur caractéristique d'un écoulement de gaz tel que l'air au travers du ou des éléments filtrants.

Lorsque la grandeur caractéristique est la vitesse, les moyens de mesure sont par exemple choisis parmi les anémomètres à hélices, les fils chauds, les tubes de Pitot, les systèmes à boule chaude, les systèmes à film chaud, les systèmes de type PIV (Vélocimétrie par Images de Particules), les systèmes de type LDA (Anémomètre Doppler à Laser) mesurant l'effet doppler lié à la vitesse de l'air. Dans le cas d'une mise en oeuvre en ligne, le procédé selon l'invention est avantageusement mis en oeuvre par l'utilisation d'au moins un moyen de mesure d'une grandeur caractéristique (par exemple vitesse ou débit) d'un écoulement de gaz et éventuellement de moyens de comparaison et de contrôle de la régénération dans une ligne d'échappement d'un moteur, de préférence un moteur Diesel. L'invention a donc également pour objet une ligne d'échappement d'un moteur (notamment Diesel) comprenant un filtre à particules et au moins un moyen de mesure de la vitesse ou du débit d'au moins deux écoulements de gaz ayant chacun traversé une portion longitudinale différente dudit filtre.

Le ou chaque moyen de mesure de la vitesse ou du débit d'un écoulement de gaz est de préférence situé immédiatement après la face aval du filtre en regard de la portion longitudinale correspondante. Selon un premier mode de réalisation, la ligne d'échappement comprend 5 deux moyens de mesure de la vitesse ou du débit d'écoulement de gaz, lesdits moyens étant fixes et situés respectivement au centre et en périphérie du filtre. Selon un second mode de réalisation, la ligne d'échappement comprend un moyen de mesure de la vitesse d'un écoulement de gaz mobile dans un plan transversal. Le premier mode est toutefois préféré pour des raisons de facilité de 10 mise en oeuvre. Lorsque la vitesse est la grandeur caractéristique mesurée, le ou chaque moyen de mesure de la vitesse d'un écoulement de gaz est de préférence un tube de Pitot. Les autres moyens cités précédemment peuvent également être employés, mais le tube de Pitot est préféré, pour des raisons de coût, et parce 15 qu'il peut être réalisé dans un métal résistant aux températures de plus de 1000 C. Afin de mettre en oeuvre le procédé de contrôle de la régénération selon l'invention, la ligne d'échappement comprend de préférence un système de contrôle de la régénération. Ce système comprend des moyens pour comparer les 20 vitesses ou débits des écoulements de gaz d'échappement afin d'en déduire une valeur d'homogénéité, des moyens pour comparer cette valeur d'homogénéité avec une valeur prédéterminée, ainsi que des moyens pour commander les paramètres de la régénération, en particulier sa durée et le débit de post-injection. Les moyens de comparaison peuvent être constitués par tout type de 25 calculateur embarqué connu de l'homme du métier. Les valeurs prédéterminées peuvent être alternativement des valeurs de seuil fixées ou bien des valeurs susceptibles d'être modifiées selon les paramètres de fonctionnement du moteur et/ou du filtre. Les exemples de réalisation de l'invention ci-dessous illustrent l'invention 30 sans toutefois la limiter. La figure 1 illustre un dispositif de mise en oeuvre du procédé de mesure hors ligne de l'homogénéité du dépôt de suies.

EXEMPLE 1 L'exemple 1 concerne une mise en oeuvre hors ligne du procédé de mesure de l'homogénéité de dépôt de suies et de diagnostic de l'état de régénération du filtre. Dans cet exemple, un filtre à particules est chargé en suies puis régénéré sur un banc moteur selon un protocole qui sera détaillé plus loin. La mesure de l'homogénéité du dépôt de suies est ensuite réalisée à l'aide du dispositif de la figure 1, détaillé ci-après. Le filtre employé associe en un bloc filtrant plusieurs éléments monolithiques en nid d'abeille. Les éléments extrudés sont en carbure de silicium recristallisé (R-SiC). Après cuisson ils sont usinés puis assemblés entre eux par collage au moyen d'un ciment à base de carbure de silicium SiC, la structure ainsi obtenue étant ensuite enduite d'un ciment de revêtement, selon des techniques bien connues. La fabrication de telles structures filtrantes est en particulier décrite dans les demandes de brevets EP 816 065, EP 1 142 619, EP 1 455 923 ou encore WO 2004/065088. Ses caractéristiques géométriques sont reportées dans le tableau 1 : Géométrie des canaux carrée Densité de canaux cpsi (311canaux par inch carré, 1 inch = 2,54 cm) Épaisseur des parois 280 pm Nombre d'éléments 16 assemblés Forme de la structure cylindrique Longueur 6" (15,2 cm) Volume 2,47 litres Il Tableau 1

Le banc moteur employé pour le chargement en suies du filtre et la régénération comprend un moteur Diesel de cylindrée de 2,0 L à injection directe. Le carburant utilisé est un gazole contenant moins de 50 ppm de soufre.

Lors du chargement en suies, le point de fonctionnement du moteur est le suivant : vitesse de 3000 tours/min pour un couple de 50 Nm. Lors de la régénération, la vitesse est de 1700 tours/min pour un couple de 95 Nm. Un cycle de régénération dit normal comprend une post-injection d'une durée de 10 minutes.

Après chargement en suies et/ou régénération, l'homogénéité de dépôt des suies est évaluée hors ligne à l'aide du dispositif de la figure 1. Ce dispositif est composé d'un organe tubulaire 1 sur lequel sont disposés en succession : 10) un filtre à air 2: Ce filtre est facultatif et a pour fonction d'éviter l'accumulation dans le système des poussières présentes dans l'air ambiant. 2 ) une vanne papillon 3: Cette vanne permet de réguler de manière grossière le débit et la pression à l'entrée du filtre à particule 4.

Cependant, pour les valeurs les plus basses du débit d'air, il peut être avantageux de coupler cette vanne 3 avec une vanne de précision 5. Cette vanne 5 est par exemple du type guillotine et permet de travailler avec un flux d'air dont la température est sensiblement constante. L'apport de cette vanne 5 permet avantageusement une précision sur le débit inférieur à 1 m3/h (mètre cube par heure) ainsi qu'une régulation facilitée de la pression à proximité et en amont du filtre à particule 4, dans le sens de déplacement de l'air. La précision sur la pression obtenue est de l'ordre de 1 mbar (1 bar = 0,1 MPa). 3 ) une soufflante 6: La soufflante permet d'impulser l'air dans le filtre 4. Le débit maximum d'air insufflé est de 350 m3/h. ) un débitmètre 7 : Le débitmètre permet la vérification et le contrôle du débit d'air au cours de la manipulation. 5 ) une longueur de tube 8 ajustée entre la soufflante 6 et le divergent 9 : La longueur du tube 8 entre la soufflante et le divergent est avantageusement prise supérieure à environ 50 fois le diamètre du tube. Une telle configuration permet notamment d'obtenir une vitesse sensiblement constante des lignes de courant du gaz en sortie du tube 8, c'est-à-dire un flux stabilisé du gaz à l'entrée du divergent. 6 ) un divergent 9: Pour éviter tout décollement du flux d'air au niveau des parois du divergent et tout phénomène de turbulence, l'angle au sommet du divergent est de préférence inférieur à 7 , par exemple de 6 . Une telle configuration permet notamment une homogénéité des lignes de courant du gaz arrivant à l'entrée du filtre à particule. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, on accole directement l'entrée du filtre et la sortie du divergent. On ne sortirait cependant pas de l'invention si l'enveloppe 10 du filtre (appelé canning dans le métier) présentait une longueur supérieure à celle du filtre 4, de telle sorte qu'il existe un espace entre la sortie 11 du divergent 9 et l'entrée 12 du filtre 4. Par exemple, les essais effectués par le demandeur ont montré des résultats satisfaisants lorsqu'un filtre de longueur 6" (1 pouce = 2,54 cm) était distant de 4" de l'entrée du filtre, un canning de longueur 10" étant utilisé (cf. figure 1). 7 ) un capteur de pression 13 : Le capteur de pression a pour fonction de vérifier et contrôler la pression absolue et/ou relative dans la partie du divergent se trouvant immédiatement en amont du filtre à particules, dans le sens de progression de l'air. 8 ) optionnellement un capteur de température 14, à proximité de l'entrée du filtre 12. 13 9 ) un système demesure 15 de la vitesse de l'air : Le système de mesure peut être choisi selon l'invention parmi tout système connu dans le domaine de la mécanique des fluides pour mesurer la vitesse d'un flux gazeux. Sans que cela puisse être considéré comme restrictif, il est par exemple possible selon l'invention d'utiliser - un ou plusieurs anémomètres à hélice mobiles balayant la surface aval du filtre à particule en sortie du présent dispositif, une série ou batterie d'anémomètres fixes ou mobile et/ou placés à différents endroits en face arrière du filtre, un ou plusieurs fils chauds, voire un ensemble de fils chauds, la vitesse des gaz étant mesurée en fonction de la déperdition de chaleur du ou des fils, un ou plusieurs tubes de Pitot, les systèmes à boule chaude, les systèmes à film chaud, les systèmes de type PIV (Vélocimétrie par Images de Particules), les systèmes de type LDA (Anémomètre Doppler à Laser) mesurant l'effet doppler lié à la vitesse de l'air. Un système de mesure 15 préféré consiste en un anémomètre mobile dans un plan transversal.

La distance entre la face arrière 16 du filtre et le système de mesure 15 de l'air est en général un compromis entre les encombrements engendrés par les dimensions du système de mesure lui-même et de la puissance du flux d'air en sortie du filtre. Pratiquement, on choisit une configuration dans laquelle cette distance est 25 minimisée pour éviter tout phénomène de rétromélange des courants gazeux en sortie susceptible de gêner la mesure de la vitesse des gaz. En général la distance filtre/système de mesure est comprise entre 0 et quelques centimètres, de préférence entre 0 et 2 cm. Pour la mise en oeuvre de l'exemple 1, le divergent présente un angle au 30 sommet de 6 . Le système de mesure de la vitesse des gaz est constitué d'un anémomètre à hélice de la marque Schiltknecht, commercialisé par la société RBI Instrumentations, monté sur deux vérins disposés en croix, qui permettent ainsi sa mobilité selon deux axes de déplacement X et Y du plan transversal. L'anémomètre, de diamètre 9 mm, est situé à 2 mm de la face aval du filtre. La pression en amont du filtre est de 12 mbars. Le système effectue un déplacement pas à pas sur une première ligne dans la direction X, le pas étant fixé à 1,8 mm. Le pas est choisi égal à la largeur d'un canal, de façon à obtenir une discrimination optimale. Une fois la ligne suivant X complétée, le système descend d'un cran suivant Y. A chaque déplacement de l'anémomètre dans la direction X ou Y, une mesure locale de la vitesse des gaz est effectuée. Une cartographie complète XY des flux est ainsi obtenue. Le filtre est chargé avec 3 niveaux de suies différents : 0,69 g/L, 1,46 g/L et 5,54 g/L (il s'agit de grammes de suies par litre de filtre). Le tableau 2 ci-dessous présente les vitesses mesurées en aval du filtre, au centre et à la périphérie du filtre pour chacun des niveaux de chargement en suie. Plus précisément, les trois mesures sont faites sur une ligne de l'axe X, pour des valeurs de X respectivement de 2,5 cm (PI), 8,5 cm (C) et 12,5 cm (P2). La dernière colonne indique la variation relative de vitesse entre le centre et la périphérie du filtre, exprimée en pourcents.

Vitesse (m/s) P~ C P2 C/P 0,69 g/L 9,8 9,6 9,7 2% 1,46 g/L 5,2 5,0 5,2 4% 5,54 g/L 1,0 0,6 1,0 40% 7,00 g/L 0,7 0,4 0,7 43% Tableau 2 Les résultats montrent que la vitesse de l'air en aval du filtre varie en fonction de la quantité de suies déposée dans le filtre. On peut également observer que pour de faibles valeurs de quantités de suies (0,69 et 1,46 g/L), le dépôt est relativement homogène entre le centre et la périphérie du filtre, puisque les valeurs de vitesse sont sensiblement identiques. On observe en revanche que pour de fortes quantités de suies, dans les conditions de chargement utilisées, le dépôt est très inhomogène, de plus fortes quantités se déposant au centre du filtre. L'hétérogénéité du dépôt est donc ici caractérisée par la comparaison de deux ou trois vitesses d'écoulement d'un gaz (en l'occurrence d'air) ayant traversé deux ou trois portions longitudinales différentes du filtre. EXEMPLE 2 Cet exemple illustre la mise en oeuvre en ligne des procédés de mesure de l'homogénéité du dépôt de suies et de contrôle de la régénération selon l'invention. Un filtre à particules est soumis à un certain nombre de cycles comprenant chacun un chargement en suies à 7g/L suivi d'une régénération. Selon un premier mode comparatif, la régénération n'est contrôlée que par la perte de charge mesurée. Selon un mode conforme à l'invention, les conditions de régénération sont également contrôlées par la mesure de l'homogénéité de dépôt des suies dans le filtre. Dans cet exemple, le filtre à particules employé est similaire à celui de l'exemple 1. Le même banc moteur est également employé, à ceci près que la ligne d'échappement comprend désormais deux tubes de Pitot en aval du filtre et placés respectivement au centre et à la périphérie du filtre. Ces tubes de Pitot permettent de mesurer en ligne la vitesse de deux écoulements de gaz d'échappement ayant traversé chacun une portion longitudinale respectivement central et périphérique du filtre. L'homogénéité du dépôt de suies dans le filtre est caractérisée comme étant la valeur absolue de la différence de vitesses AV entre les deux vitesses mesurées. La ligne d'échappement comprend donc des moyens pour comparer les deux vitesses mesurées, calculer la valeur de AV et comparer cette dernière avec une valeur prédéterminée, ainsi que des moyens permettant de commander certains paramètres de la régénération lorsque la valeur de AV dépasse cette valeur prédéterminée, témoignant d'une trop forte hétérogénéité de dépôt des suies. On définit un rendement de perte de charge ou encore rendement de AP par le rapport entre la valeur de perte de charge après chargement en suie diminuée de la valeur de perte de charge après régénération et la valeur de perte de charge après chargement en suie diminuée de la valeur de perte de charge d'un filtre neuf. La régénération est engagée lorsque le rendement de perte de charge est inférieur à une valeur prédéterminée, en l'occurrence 90%, correspondant ici à une quantité de suies de 7 g/L.

A l'issue du chargement en suies, une régénération dite normale est amorcée, laquelle comprend comme pour l'exemple 1 une post injection de 10 minutes pour un régime moteur correspondant à une vitesse de 1700 tours/min et un couple de 95 Nm. Cette régénération permet de ramener la valeur de perte de charge à une valeur correspondant à un rendement de AP de 90% ou plus.

Selon le mode comparatif de l'exemple, les paramètres de la régénération ne sont pas modifiés en fonction de l'homogénéité de dépôt des suies. Selon le mode conforme à l'invention, lorsqu'à l'issue d'une régénération normale (ladite issue étant déterminée par la mesure du rendement de AP) la valeur de AV est supérieure à une valeur prédéterminée OVE égale à 2 m/s, (correspondant à une régénération imparfaite) un allongement de la durée de post injection d'environ 20% est appliqué. Cette augmentation de durée est choisie car elle permet d'abaisser fortement la valeur de AV. Il est bien évident que d'autres protocoles de mise en oeuvre de l'invention peuvent être choisis et adaptés en fonction des conditions opératoires (type de moteur et de filtre etc.). En particulier, l'augmentation de la durée de post injection peut être accompagnée d'une augmentation du débit de post injection. La durée d'allongement peut être non pas fixée mais être reliée à une certaine valeur AV2, la régénération étant stoppée lorsque la valeur de AV passe en deçà de cette valeur AV2. Les tableaux 3 et 4 présentent les résultats respectivement obtenus pour le mode comparatif et le mode selon l'invention.

Dans les deux cas, le filtre a subi 8 cycles comprenant chacun un chargement en suies et une régénération tels que définis précédemment. Pour chaque cycle, les tableaux indiquent plusieurs données mesurées en fin de régénération normale : le rendement de AP, la valeur de AV, et le cas échéant l'augmentation de la durée de post injection par rapport à la durée normale, cette dernière correspondant à 10 minutes. n cycle 1 2 3 4 5 6 7 8 rendement de 95 93 92 94 92 90 92 98 AP (%) AV (m/s) 0,5 0,8 1,0 1,3 1,8 2,4 2,9 0,4 Tableau 3 (mode comparatif) Les valeurs élevées de rendement de perte de charge à l'issue de la régénération montrent que cette dernière est efficace en terme de diminution de la quantité globale de suies. On observe toutefois corrélativement une augmentation importante du différentiel de vitesses entre le centre et la périphérie AV d'un cycle à l'autre, qui démontre une dégradation de l'homogénéité de répartition des suies dans le filtre. Les 6ème et 7ème régénérations peuvent être qualifiées d'imparfaites dans les conditions de l'essai puisqu'elles sont associées à un différentiel de vitesses supérieur à 2 m/s. A l'issue de la Sème régénération toutefois, l'homogénéité retrouve une valeur satisfaisante. L'examen du filtre montre qu'un décolmatage brutal s'est produit, accompagné d'une fissuration du filtre. Le contrôle de la régénération par la mesure de la perte de charge seule et sans prendre en compte l'homogénéité de dépôt des suies dans le filtre est donc susceptible de créer des régénérations imparfaites associées à une forte hétérogénéité de dépôt des suies et pouvant donner lieu à des chocs thermiques et à une dégradation mécanique des filtres lors des régénérations ultérieures.

Le tableau 4 illustre le mode de réalisation conforme à l'invention. n cycle 1 2 3 4 5 6-1 6-2 7 8 rendement de 96 94 92 90 92 93 98 95 93 AP (%) AV (m/s) 0,3 0,6 1,0 1,5 1,9 2,2 0,2 0,5 0,8 durée de post - - - - - -+20% - - injection Tableau 4 (mode selon l'invention) A la différence du mode comparatif illustré par le tableau 3, les paramètres de la régénération, ici la durée de la post injection, sont modifiés à l'issue d'une régénération normale diagnostiquée comme imparfaite, en particulier lorsque l'hétérogénéité de dépôt des suies dans le filtre est trop importante. A l'issue de la 6ème régénération normale, notée 6-1, la valeur de AV de 2,2 est supérieure à la valeur prédéterminée OVE égale à 2. Cette régénération étant alors diagnostiquée comme imparfaite, une augmentation de 20% de la durée de post injection est appliquée. Cette deuxième partie du 6ème cycle, notée 6-2, permet de ramener la valeur de AV à une valeur acceptable et un deuxième allongement de la durée de post injection n'est donc pas appliqué. A l'issue de la 8e régénération, le filtre ne présente aucune fissure ni même fragilisation mécanique. Le procédé de diagnostic et de contrôle de la régénération selon l'invention permet donc d'augmenter la durée de vie des filtres à particules et/ou de d'autoriser l'emploi de matériaux moins performants en terme de thermomécanique.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Procédé de mesure de l'homogénéité du dépôt de suies dans un filtre à particules comprenant les étapes consistant à mesurer, simultanément ou successivement, les grandeurs caractéristiques respectives d'au moins deux écoulements de gaz ayant chacun traversé une portion longitudinale différente dudit filtre puis à comparer entre elles les grandeurs caractéristiques ainsi mesurées.

2. Procédé selon la revendication 1, tel que la grandeur caractéristique est choisie parmi la vitesse ou le débit.

3. Procédé selon la revendication précédente, tel que l'on mesure les vitesses respectives d'une série d'écoulements de gaz ayant traversé chacun une portion longitudinale différente dudit filtre, lesdites portions longitudinales étant espacées d'un pas déterminé selon un axe ou selon deux axes orthogonaux d'un plan transversal.

4. Procédé selon la revendication précédente, tel que le pas est égal ou inférieur à la largeur d'un canal longitudinal.

5. Procédé selon la revendication 2, tel que l'on mesure la vitesse respective de deux écoulements de gaz ayant respectivement traversé une portion longitudinale située sensiblement au centre du filtre et une portion longitudinale située sensiblement en périphérie dudit filtre, et tel que l'on détermine une différence absolue de vitesses AV.

6. Procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules comprenant les étapes consistant à mesurer l'homogénéité du dépôt de suies dans ledit filtre et à adapter les paramètres de ladite régénération en fonction de la valeur d'homogénéité obtenue.

7. Procédé selon la revendication précédente, tel que la mesure de l'homogénéité du dépôt de suies dans le filtre à particules est réalisée selon le procédé des revendications 1 à 5.

8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, tel que, l'homogénéité du dépôt de suies dans le filtre étant mesurée au début de la régénération, on diminue le débit de post-injection si ladite homogénéité n'est pas satisfaisante.

9. Procédé selon la revendication 6 ou 7, tel que, l'homogénéité du dépôt de suies dans le filtre étant mesurée en fin de régénération, on allonge la durée de post-injection si ladite homogénéité n'est pas satisfaisante.

10. Procédé selon la revendication précédente, tel que l'on mesure l'homogénéité de dépôt de suies dans le filtre selon le procédé de la revendication 5 en fin de régénération et que, si la différence absolue de vitesses AV dépasse une valeur prédéterminée OVE, l'on augmente la durée de post injection d'un temps nécessaire pour que la différence absolue de vitesses AV passe en dessous d'une deuxième valeur prédéterminée AV2.

11. Ligne d'échappement d'un moteur, de préférence Diesel, comprenant un filtre à particules et au moins un moyen de mesure de la vitesse ou du débit d'au moins deux écoulements de gaz ayant chacun traversé une portion longitudinale différente dudit filtre.

12. Ligne d'échappement selon la revendication précédente, telle que le ou chaque moyen de mesure de la vitesse ou du débit d'un écoulement de gaz est situé immédiatement après la face aval du filtre en regard de la portion longitudinale correspondante.

13. Ligne d'échappement selon l'une des revendications 11 ou 12, comprenant deux moyens de mesure de la vitesse ou du débit d'écoulement de gaz, lesdits moyens étant fixes et situés respectivement au centre et en périphérie du filtre.

14. Ligne d'échappement selon l'une des revendications 11 ou 12 comprenant un moyen de mesure de la vitesse d'un écoulement de gaz, ledit moyen étant mobile dans un plan transversal.

15. Ligne d'échappement selon l'une des revendications 11 à 14, comprenant en outre un système de contrôle de la régénération, lequel comprend des moyens pour comparer les vitesses ou débits des écoulements de gaz d'échappement afin d'en déduire une valeur d'homogénéité, des moyenspour comparer cette valeur d'homogénéité avec une valeur prédéterminée, ainsi que des moyens pour commander les paramètres de régénération.

16. Ligne d'échappement selon l'une des revendications 11 à 15, telle que le ou chaque moyen de mesure de la vitesse d'un écoulement de gaz est un tube 5 de Pitot.