Les filtres à particules

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Description détaillée

Le filtre à particules est composé de multiples canaux obstrués à leur extrémité (3). Les parois poreuses de chaque canal laissent passer les gaz d'échappement (2), mais retiennent les particules de suie (1).

Lorsque le filtre à particules est saturé, la régénération de celui-ci consiste à brûler les particules stockées en créant une forte élévation de la température dans ce même filtre. Cette élévation de température est obtenue grâce à différentes stratégies d'injection gérées par le calculateur de gestion électronique du moteur.

Il existe à ce jour 2 types de filtre à particules:

• Les filtres à particules avec adjonction d'additif.
• Les filtres à particules imprégnés.

Eléments constitutifs des filtres à particules avec adjonction d'additif:

1) Information vers le porte instruments
2) Calculateur de gestion du moteur
3) Réservoir d'additif
4) Capteur de niveau d'additif
5) Pompe d'additivation
6) Réservoir à carburant
7) Moteur diesel
8) Capteur de température avant le turbocompresseur
9) Turbocompresseur
10) Sonde lambda à large bande
11) Catalyseur à oxydation
12) Capteur de température avant le FAP
13) Filtre à particules
14) Capteur de pression différentielle
15) Silencieux
16) Débitmètre d'air massique


Eléments constitutifs des filtres à particules imprégné:

1) Information vers le porte instruments
2) Calculateur de gestion du moteur
3) Débitmètre d'air massique
4) Moteur diesel
5) Capteur de température avant le turbocompresseur
6) Turbocompresseur
7) Capteur de température avant le FAP
8) Sonde lambda à large bande
9) Filtre à particules et catalyseur d'oxydation
10) Capteur de pression différentielle
11) Capteur de température après le FAP
12) Silencieux
Le filtre à particules avec adjonction d'additif :

Il existe deux générations de FAP:
1ère génération: Le FAP à cellules symétriques
2ème génération: Le FAP à cellules octosquares

Le FAP à cellules symétriques est le premier montage utilisé en automobile, il a une durée de vie qui peut aller jusqu'à 120000 km.

Le FAP à cellules octosquares est monté sur les systèmes avec additif depuis 2004, et autorise une utilisation jusqu'à 210000 km et plus. Il possède des canaux d'entrée octogonaux plus grands et des canaux de sortie carrés plus petits. Les grands canaux d'entrée permettent d'augmenter considérablement la capacité de stockage du filtre à particules.

L'additif :
L'additif se nomme "EOLYS" (Rhodia), il est mélangé au carburant, et a pour mission d'abaisser la température de combustion des particules. De ce fait, les particules pourront brûler dans le filtre dès 450°C (au lieu des 550°C nécessaire).
Cependant, pendant le processus de régénération du filtre, tout est brûlé, sauf l'additif ! Ce qui implique le remplacement du filtre au bout d'un certain nombre de kilomètres.
Il existe 3 générations d'additifs pour filtres à particules PSA.
1ère: DPX 42
2é: Eolys 176
3è: Infineum F7995 et Eolys Powerlex.
Ces additifs sont appelés vulgairement Cérine. Ils ont pour rôle d'abaisser le seuil de température de brûlage d'une particule de suie.
Pour brûler une particule de suie il faut atteindre dans le filtre environ 550°C à 600°C. L'emploi d'un additif permet de gagner 100°C.
Par conséquent la température à atteindre sera de "seulement" 450 à 500°C.

Fournisseurs et dénomination des nouveaux additifs:
RHODIA : EOLYS POWERFLEX
INFINEUM : F7995
Les anciens types d'additif sont:
L'additif DPX 42 qui est toujours disponible et doit être utilisé pour toute intervention sur des véhicules ayant du DPX 42.
L'additif EOLYS 176 est remplacé jusqu'à épuisement des stocks par les additifs de 3ème génération.
Important : Depuis juillet 2010, l'additif EOLYS 176 n'est plus disponible à la commande en PR.
Compatibilité entre additifs
L'additif DPX42 n'est miscible avec aucun autre additif.
L'additif EOLYS 176 est miscible avec les deux additifs EOLYS POWERFLEX et
INFINEUM F7995.
Les deux additifs EOLYS POWERFLEX et INFINEUM F7995 ne sont pas miscibles entre eux.
NOTA : Les concentrations en additifs entre EOLYS 176 et les deux nouveaux additifs étant identiques, il n'y a pas d'impact sur les calibrations fonctionnelles du calculateur moteur.
ATTENTION : Il est interdit de mélanger les additifs INFINEUM F7995 et Rhodia EOLYS POWERFLEX entre eux.


Récapitulatif sur les additifs :
Mai 2000 à novembre 2002 : utilisation du DPX 42.
Novembre 2002 à début 2010 : utilisation de l'EOLYS 176 avec arrêt de commercialisation en avril 2010.
Depuis début 2010 : utilisation des additifs INFINEUM et EOLYS POWERFLEX.
Par conséquent, les additifs 3e génération remplacent l'EOLYS 176. Un code couleur (bleu ou vert)
sur le bouchon de mise à l'air libre du réservoir permet d'identifier le type d'additif à utiliser.
Par contre les 2 additifs 3e génération ne sont pas compatibles entre eux pour des raisons de viscosité.
Pour conclure, à ce jour :
Les véhicules avant novembre 2002 avec un bouchon de couleur blanche reçoivent du DPX42.
Les véhicules après novembre 2002 avec un bouchon de couleur bleue reçoivent de l'EOLYS POWERFLEX.
Les véhicules après novembre 2002 avec un bouchon de couleur verte reçoivent de l'INFINEUM.
Les véhicules après novembre 2002 avec un bouchon de couleur blanche reçoivent de l'INFINEUM.
Mémento des additifs en fonction de la couleur de l'encliquetable.

Chaque additif contient un certain pourcentage de cérine:
DPX 42 contenant 4,2% en masse de cérine (matière inorganique qui ne
brûle pas et qui est retenue dans le FAP sous forme de dépôt solide).
Eolys 176 contenant 6,5% en masse de cérine.
INFINEUM F7995 contenant 4,8% de cérine et EOLYS POWERFLEX
Les risques liés aux additifs:
Les risques liés aux additifs sont relativement faibles. Seuls les personnels de maintenance peuvent être amenés à manipuler régulièrement. Toutefois des équipements de protection individuelle doivent être portés par le technicien.
Ce qui différencie chaque additif est son taux d'oxydes cériques et ses caractéristiques de tenue dans le temps lorsqu'il est mélangé au gasoil.

Les fiches de sécurité de chacun sont relativement souples comparé à des produits tels que les carburants. Il faut toutefois se protéger avec des équipements de protection individuelle tels que lunettes et gants lors de la manipulation de l'additif. L'utilisation de poches souples ayant tendance à se généraliser, la manipulation d'additif devrait être de plus en plus restreinte.

A la lecture des fiches de sécurité, il est écrit les choses suivantes :
Nocif: Peut provoquer une atteinte des poumons en cas
d'ingestion.
L'exposition répétée peut provoquer dessèchement ou gerçures
de la peau.
Il est donc clair que seuls les techniciens intervenant sur ces systèmes régulièrement sont soumis à des risques.
Toutefois si l'on compare ces additifs au gasoil:
Mentions de danger du carburant gazole :
H226 - Liquide et vapeurs inflammables
H304 - Peut être mortel en cas d'ingestion et de pénétration dans les voies respiratoires
H315 - Provoque une irritation cutanée
H332 - Nocif par inhalation
H351 - Susceptible de provoquer le cancer
H373 - Risque présumé d'effets graves pour les organes à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée
H411 - Toxique pour les organismes aquatiques, entraîne des effets néfastes à long terme

Etiquetage selon : RÈGLEMENT (CE) No 1272/2008

    

Mesures d'ordre technique : Capter les vapeurs à leur point d'émission.
Equipements de protection individuelle
Douches de sécurité.
Fontaine oculaire.
Moyens collectifs d'urgence :
Vêtements de protection : combinaison imperméable
(Hypalon,Tyvek Saranex,PVC...).
- Protection de la peau et du corps :
- Protection des yeux : Lunettes de sécurité.
Gants de protection étanches.
Gants de protection en nitrile
En cas de mélange avec d'autres substances, demander les conseils de votre fournisseur de gants.
La sélection des gants doit être faite en fonction de l'application
et de la durée d'utilisation au poste de travail.
Les gants de protection doivent être choisis en fonction du poste
de travail: autres produits chimiques pouvant être manipulés,
protections physiques nécessaires (coupure, piqûre, protection
thermique), dextérité demandée.
Utiliser des gants de protection appropriés résistants aux agents
chimiques (selon norme EN 374-1)
- Protection des mains :
Si la ventilation est adaptée, le port d'une protection respiratoire
n'est pas indispensable.
En cas de ventilation insuffisante:
Appareil de protection respiratoire autonome isolant.

Pour conclure, il est indispensable de se protéger lorsque l'on manipule les additifs, mais les risques encourus sont relativement faibles.

Description des éléments constitutifs de l'ensemble "filtre à particules avec additif" :

• Information vers le porte instrument :
  Par l'intermédiaire du porte instrument, le calculateur peut informer le conducteur de l'état du filtre (défaut, colmaté, etc.)
• Le calculateur de gestion du moteur :
  Il gère la totalité des fonctions du FAP en fonction des informations qu'il reçoit. Sur les premières générations de FAP, un calculateur d'additivation séparé gerait l'additif.
• Le réservoir d'additif :
  D'une capacité de 5L (DPX42) ou de 3L (Eolys 176) il intègre une pompe d'injection d'additif et un capteur de niveau d'additif minimum.
• Le capteur de niveau d'additif :
  Il informe le calculateur que le niveau minimum d'Eolys est atteint (inférieur à 0,3L). Dès lors, un voyant s'allume au combiné pour informer le conducteur qu'il devra faire rétablir le niveau dans un atelier.
• La pompe d'additivation :
  Elle a pour rôle de fournir le débit nécessaire dans le circuit d'additif pour adjoindre celui-ci au carburant.
• Les capteurs de température amont et aval FAP :
  Ces deux informations servent au calculateur pour connaître les températures de l'échappement, et ainsi gérer les quantités de post injection à appliquer au niveau du moteur. Ils servent également à éviter que le FAP soit soumis à des températures excessives.
• La sonde lambda à large bande :
  La sonde lambda permet de déterminer la proportion d'oxygène dans les gaz d'échappement sur une grande plage de mesure. En rapport avec le système de filtre à particules, le calculateur moteur utilise le signal de la sonde lambda pour calculer exactement la quantité et l'instant précis de la post-injection lors du processus de régénération. Afin de parvenir à une régénération efficace du filtre à particules, on a besoin d'une teneur minimale en oxygène dans les gaz d'échappement pour une température élevée mais constante des gaz d'échappement. Cette régulation est possible grâce au signal de la sonde lambda en relation avec le signal du transmetteur de température en amont du turbocompresseur.
• Le capteur de pression différentielle :
  Il mesure la différence de pression du flux des gaz d'échappement en amont et en aval du FAP. Avec les informations de température et de débit d'air, il permet au calculateur de connaître le taux d'encrassement du filtre. Cette information est importante pour le bon fonctionnement du FAP (cf: voir contrôle du capteur de pression différentielle).
• Le débitmètre d'air massique:
  Il permet au calculateur moteur de déterminer la masse d'air admise. Le calculateur utilise ce signal pour calculer le débit volumique des gaz d'échappement qui traverse le FAP afin d'en définir son état de charge (colmatage).

• La surveillance du filtre à particules :
  L'objectif pour le calculateur de gestion du moteur est de connaître la résistance à l'écoulement du filtre à particule. Pour cela, il tient compte de la pression différentielle sur le filtre, ainsi que du flux volumique des gaz d'échappement qui le traverse. De ce fait, le calculateur connaît le niveau d'encrassement du FAP et gère les processus de régénération en fonction des ces informations.

La régénération du filtre à particules :
Lors d'un roulage, le filtre se charge en particules de suie. La régénération consiste à brûler périodiquement ces particules afin d'éviter le colmatage du filtre. Il existe trois processus de régénération.
La régénération naturelle : Lorsque le véhicule est utilisé avec une charge soutenue (parcours autoroutier), la température à l'entrée du filtre à particules est suffisamment élevée pour permettre le brûlage en continu des suies. Elle est transparente pour le conducteur et dépend de la charge du FAP et des conditions d'utilisation du moteur. Cette combustion s'effectue à une tempéraure de 550°C. Toutefois, grâce à l'adjonction de l'additif dans le carburant, une température de 450°C dans le filtre est suffisante pour brûler les particules.

La régénération active : Lorsque le véhicule est utilisé avec une charge partielle (parcours urbain), la température dans le FAP est insuffisante pour permettre le brûlage des particules. La gestion électronique décidera d'intervenir sur des paramètres moteur afin d'obtenir la température idéale au processus de régénération (exemple: post-injection tardive, suppression de l'EGR, limitation de la pression de suralimentation, sollicitation des consommateurs électrique tels que la lunette dégivrante, les thermoplongeurs, etc.)

La régénération forcée: Si le voyant FAP est allumé, ou s'il y a un défaut concernant le colmatage du filtre, il y a possibilité, à l'aide de la valise de diagnostic, de lancer une régénération forcée.


Description du fonctionnement du filtre à particules imprégné :
Ce filtre appélé également "filtre à revêtement catalytique" a les mêmes fonctions que celui présenté précédement, à la différence qu'aucun dispositif d'additivation n'est nécéssaire pour procéder à sa régénération. Un revêtement de métaux nobles (platine et céroxyde) est rajouté dans le filtre pour pouvoir optimiser le brûlage des particules. Toutefois, il faut que le filtre soit placé très près d'une source de chaleur (juste derrière le turbocompresseur) car les besoins en température pour les régénérations du filtre sont nettement plus importantes (plus de 600°C). La fabrication de ce filtre à particules est plus coûteuse que le système à additif (dû aux métaux précieux), mais par rapport à ce dernier, le revêtement catalytique à toutefois l'avantage de ne pas produire de cendres d'additifs dans le filtre.

De plus, ce filtre à revêtement catalytique a plusieurs fonctions :

• Oxydation du CO et des HC
• Oxydation du NO en NO2
• Oxydation du CO en CO2

La régénération du filtre à particules imprégné :
Il existe 3 processus de régénération pour ce filtre à paticules.
La régénération passive:
Lors de la régénération (sans intervention de la gestion du moteur), le platine provoque la génération de dioxyde d'azote NO2. Le dépôt de suie stocké dans le filtre est oxydé lentement et progressivement en C02. Cette opération a lieu à des températures comprises entre 350°C et 500°C (charge soutenue sur autoroute).
le fonctionnement est le suivant:

• Oxydation des oxydes d'azote (NOx) contenus dans l'échappement pour former grâce au platine des dioxydes d'azote (NO2): NOx + O2 = formation de NO2
• Réaction du NO2 avec le carbone (C) des particules pour former du monoxyde de carbone (CO) et du monoxyde d'azote (NO): NO2 + C = formation de CO + NO
• Oxydation du monoxyde de carbone (CO) et du monoxyde d'azote (NO) en dioxyde de carbone (CO2) et dioxyde d'azote (NO2): CO + NO + O2 = formation de NO2 + CO2

En cas d'utilisation en mode urbain, les températures d'échappement sont faibles, il faudra alors procéder à des régénérations actives. Pour cela, le composé céroxyde accélère la régénération thermique avec l'oxygène au dessus de 620°C. Cette température est obtenue grâce à des modes d'injection spécifiques (post-injection tardives, suppression de l'EGR, etc.).

La régénération active :
Lors de la régénération active, la combustion des particules est due à la température élevée des gaz d'échappement. Le carbone des particules C subit alors une oxydation par l'oxygène (O2) et se transforme en dioxyde de carbone (CO2): C + O2 = formation de CO2

L'injecteur de gasoil dans la ligne d'échappement :
l'injection tardive de gazole dans le cylindre (post injection), peut avoir pour conséquence le ruissellement de gazole le long des parois du cylindre. Ce phénomène non désiré appelé dilution a pour conséquence d'augmenter le niveau d'huile moteur, et a terme peut causer son emballement. La post injection est néanmoins nécessaire au bon fonctionnement du filtre à particule. En effet elle permet la monté en température du catalyseur, et donc celle du filtre à particule, lors des phases de régénération.

Pour éviter la dilution, les constructeur peuvent équiper le système d'un injecteur de gazole sur la ligne d'échappement. Il est situé en amont du catalyseur.
En injectant le gazole directement dans la ligne d'échappement le risque de dilution disparait.
 

 

La régénération forcée :
Pour ce filtre également, si le voyant FAP est allumé, ou s'il y a un défaut concernant le colmatage du filtre, il y a possibilité à l'aide de la valise de diagnostic de lancer une régénération forcée.

La maintenance: Au fur et à mesure que le kilométrage augmente (plus de 200000kms) le filtre se colmate en fonction de la consommation d'huile, et doit être remplacé.

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Méthodes et pratiques

Les interventions les plus fréquentes sur les filtres à particules sont :

• Le remplacement du filtre.

• La mise à niveau de l'additif ainsi que la remise à zéro du calculateur d'additivation.

• Effectuer une régénération forcée à l'atelier.Descriptif de l'entretien:

Seuls les filtres à particules avec adjonction d'additif sont soumis à des préconisations d'entretien. Tous les 120000kms environ, il faut faire le complément d'additif. Puis tout les 180000Kms environ, il faut remplacer le filtre. Les futures générations de filtres à particules auront une durée de vie d'environ 210000Kms et plus.
Pour les filtres à particules imprégnés (sans entretien) un remplacement du filtre pourra être nécessaire au delà de 200000Kms lorsque des pertes de puissance apparaitrons lors de l'utilisation du véhicule.
Descriptif de la réparation :

• Diagnostic, contrôles et remplacement des capteurs, actionneurs et éléments qui composent les dispositifs FAP.
• Remplacement de l'huile du moteur suite à une régénération forcée à l'atelier (dilution du carburant dans l'huile) et utilisation d'une huile spécifique pour les moteurs équipés d'un filtre à particules.

• Diagnostic sur le circuit de suralimentation lorsque des pertes de puissance sont signalés par l'utilisateur (Vieillissement du filtre à particules pour les moteur à fort kilométrage)

  Méthode de dépose/repose du filtre à particule.
  Dépose:
  Mettre le véhicule sur un pont élévateur
  Débrancher la batterie
  Lever la véhicule
  Déconnecter les sondes de température
  Déconnecter et obturer les raccords du capteur de pression différentielle.
  Bien repérer les tubes par rapport au capteur de pression.
  Déposer les 2 colliers d'échappement, les fixations du support et l'ensemble flexible d'échappement, catalyseur et filtre à particules.
  Repose:
  Procéder dans l'ordre inverse des opérations de dépose.
  S'assurer de l'abscence de fuite de gaz d'échappement.
  Contrôler le bon fonctionnement des capteurs qui ont été déposés (à l'aide de la valise de diagnostic).

  

   

  La consigne du filtre à particules:
  Obturer les orifices du FAP avec les bouchons du filtre à particules neuf
  Placer le FAP usagé dans le sac du filtre neuf.
  Replacer l'ensemble dans l'emballage d'origine et le remettre au fournisseur pour reconditionnement
  Méthode de remplissage du réservoir d'additif.
  Kit nécessaire:
  1 bidon d'Eolys.
  1 bidon vide.
  2 tuyaux.
  1 filet.
  2 crochets.
  1 lève organe.

  Préparer:
  Mettre le véhicule sur un pont élévateur.
  Débrancher la batterie.
  Déposer l'écran thermique sous le réservoir d'additif.
  Désaccoupler la raccord de mise à l'air libre du réservoir d'additif (1).
  Déposer la bouchon de mise à niveau (2).

  

  Raccorder:
  Le tuyau du kit remplissage (relier au bidon d'additif) sur le raccord encliquetable de mise à l'air libre.
  Le tuyau du kit remplissage relié à la place du bouchon de mise à niveau et l'introduire dans le bidon vide placé dans un filet et le suspendre à l'aide d'un crochet.

  

  Remplissage:
  Placer le bidon d'additif en hauteur (sur un lève organe).
  Ouvrir le robinet situé sur le bidon et l'incliner pour un meilleur remplissage.
  Remplir jusqu'à l'écoulement de l'additif par le trop plein.
  Fermer le robinet.
  Déposer tout les tuyaux qui ont été raccordés pour l'opération de remplissage.
  Raccorder le tuyau de mise à l'air libre à son clapet de mise à l'air libre.
  Remettre le bouchon de l'orifice mise à niveau

  

  Particularités:
  Le kit de remplissage doit être recyclé après intervention.
  Tout récipient d'additif entamé ne doit pas être conservé.

  Plus récement, certains modèles sont équipés de poche souple contenant l'additif. Celle-ci est logée dans un boitier et l'opération de remplissage décrite ci-dessus n'a plus lieu de ce faire, car il suffit d'ouvrir le boitier et remplacer cette poche qui est livrée pleine.

  Suite à l'opération de remplissage du réservoir d'additif ou d'échange de la poche, il est nécessaire d'effectuer une remise à zéro des compteurs d'additif à l'aide d'un outil de diagnostic.
  Contrôle du capteur de pression différentielle:

  Outillage nécessaire :

  • Coffret S1602 manomètre différentiel pour le contrôle des pressions des détendeurs GPL/GNV  (Ref.PR:9780.64) (outil référencé Citroen)
  • Valise de diagnostic
  

  Méthode de contrôle :
  Brancher le manomètre différentiel comme indiqué sur le schémas. Moteur tournant au ralenti, comparer la valeur de pression relevée sur le manomètre à celle indiquée par la valise de diagnostic dans les paramètres FAP.

  
  

  Le nettoyage des filtres à particules :

  En parallèle de l'additif FAP de PSA, bon nombre de distributeurs proposent des additifs pour améliorer la régénération, éviter l'encrassement, nettoyer le FAP et solutionner tous les maux de ce dispositif.

  

  Les additifs sans démontage, à verser dans le carburant :

  Le « régénérant » comme appelé par certains fournisseurs est un additif à verser dans le carburant. Son action principale est de faciliter la régénération, et sa composition peut s'apparenter à celle d'un montage Fap avec additif. Le composé actif reste identique : le Cérium.

  Les additifs avec démontage du FAP :

  Ces additifs sont des produits de nettoyage (appelés" nettoyant" ou "rinçage"). Ils sont à pulvériser sur le pain du filtre, et se rincent ensuite. Le gros inconvénient est que le filtre est certes débarrassé d'éléments obstruant mais que ceux-ci sont rejetés dans les eaux ayant servi au rinçage. La pollution est déplacée...
  La qualité du nettoyage reste aussi un point litigieux : elle ne pourra se vérifier qu'avec une mesure précise du kilométrage effectué avant un nouveau colmatage.

  Les additifs pulvérisés à l'entrée du FAP :

  Ce sont des mélanges des deux précités. Ils améliorent la régénération et participent au nettoyage du filtre. La procédure de mise en oeuvre est souvent la même : pulvérisés à l'entrée du FAP par le piquage du capteur de pression différentielle à l'aide d'un dispositif fourni, ils nécessitent ensuite (ou en même temps) un régime moteur soutenu pour « évacuer » les éléments obstruants. La pollution
  peut être là encore non négligeable.

  

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Impact sur les compétences en atelier

Les techniciens qui interviennent sur les filtre à particule diesels doivent :

• Etre en mesure de lire les schémas électriques et la documentation technique correspondante au véhicule.

• Etre en mesure d'utiliser un multimètre et un oscilloscope.

• Etre en mesure de contrôler les capteurs et les actionneurs liés au système.

• Etre en mesure d'utiliser une valise de diagnostic, et d'en interpréter les valeurs paramètres.

• Etre en mesure de remplacer un filtre à particules.

• Etre en mesure de remettre à zéro un compteurs FAP avec une valise de diagnostic

• Etre en mesure d'effectuer le maintenance du dispositif d'additivation.

• Etre en mesure de remettre à zéro le compteur d'additivation avec une valise de diagnostic.

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Exemple d’outillage approprié

• outil de diagnostic
• multimètre
• pompe à pression dépression
• Lunettes et gants de protection pour les interventions sur les dispositifs avec additif.