Suppression du FAP/DFP
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| Suppression du FAP/DFP |
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PSA à mis au point un système révolutionnaire pour ses moteurs Diesel : le FAP ou plutôt le Filtre A Particules.
Ce système est actuellement employé sur Peugeot 607 et Citroën C5.
Explications :
Malgré ses bonnes performances environnementales du fait en particulier de sa faible consommation, le diesel demeure critiqué pour ses rejets de particules et de fumées noires
Depuis les années 1980, les émissions de particules automobiles ont été divisées par 4. Avec le Filtre A Particules (FAP), les émissions de particules sont réduites à la limite du mesurable |
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Les particules sont constituées de micro sphérules de carbone, sur lesquelles se sont adsorbés et condensés des hydrocarbures provenant du carburant et du lubrifiant, de l'eau et des sulfates sont également présents en surface.
Le filtre à particules n'est pas une nouveauté. Les constructeurs et des laboratoires de recherches y travaillent depuis plus de vingt ans.
Déjà utilisé sur des installations industrielles et sur certains véhicules utilitaires lourds, son application sur des véhicules particuliers se heurtait jusqu'à présent au problème de la régénération du filtre.
Principe de régénération du filtre à particules
La régénération consiste à brûler périodiquement les particules accumulées sur le filtre. Ces particules sont composées principalement de carbone et d'hydrocarbures. En présence d'oxygène, la régénération du filtre par combustion des particules s'effectue naturellement lorsque la température des gaz d'échappement dépasse 550° C.
Ces 550° C sont très éloignés des températures observées dans la plage classique d'utilisation du moteur HDI. D'une part, les progrès réalisés sur le rendement moteur ont réduit l'énergie dissipée à l'échappement. D'autre part, en ville, le moteur est thermiquement peu sollicité et la température à l'échappement varie généralement de 150° à 200° C.
Il fallait donc développer une stratégie de régénération du FAP qui soit sans incidence sur
- l'agrément de conduite et ce, quelles que soient les conditions de roulage
- compatible avec les normes anti-pollution en vigueur
- gérable facilement
- sans contraintes pour l'utilisateur
Descriptif du Filtre à Particules
Ce système comprend :
- Un support filtrant en carbure de silicium associé à un pré-catalyseur placé en amont
- des capteurs de contrôle de la température et de la pression
- Un logiciel de commande et de contrôle du système intégré dans le calculateur de gestion moteur " common-rail ". Ce logiciel constitue le cœur du système. Il pilote la régénération du filtre et assure l'auto-diagnostic du système
- Un système d'additivation du carburant, intégré au véhicule, qui injecte dans le réservoir, à chaque plein, une quantité appropriée d'un additif à base de cérine
Image CAO du pré-catalyseur et filtre à |
Image CAO du réservoir principal |
Comme précisé ci-dessus, ce montage n'aurait pas été possible sans un contrôle électronique parfait du système de combustion, le fonctionnement correct du FAP est donc géré par le calculateur du système "Common-rail".
Par son principe de fonctionnement et sa flexibilité, le moteur HDI " common rail " permet de maîtriser toutes les étapes du processus de combustion :
le débit de carburant injecté
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la pression d'injection
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la loi d'introduction du carburant dans le cylindre.
La souplesse de cette technologie est telle qu'elle autorise des injections multiples qui génèrent, chaque fois que cela est nécessaire, une augmentation de la température des gaz de combustion supérieure à 300° C.
Par une gestion appropriée du système d'injection " common rail ", l'opération d'augmentation de la température s'effectue en deux étapes :
- une post-injection de carburant en phase de détente crée une postcombustion dans le cylindre et entraîne une hausse de la température de 200 à 250° C
- une postcombustion complémentaire, générée par un catalyseur d'oxydation placé en amont du filtre, traite les hydrocarbures imbrûlés issus de la post-injection. La température peut ainsi augmenter de plus de 100° C.
Même dans les conditions de roulage les plus défavorables où le moteur n'a pas le temps de monter en température, ces opérations, lorsqu'elles sont déclenchées, permettent de dépasser le seuil des 450° C dans les gaz de combustion.
L'additivation du carburant
Pour atteindre le seuil de régénération, le carburant est additivé avec de l'Eolys®, un composé à base de cérine mis au point par la société Rhodia, qui abaisse la température naturelle de combustion des particules à 450° C, soit environ 100°C de moins que leur température naturelle de combustion.
De nombreux tests ont été effectués et ont démontré l'innocuité de l'Eolys® vis-à-vis de la santé et de l'environnement.
Régénération du filtre
La régénération du filtre est pilotée par le logiciel de commande du moteur. Un capteur de pression suit l'état de colmatage du filtre et déclenche, dès que nécessaire, l'opération de régénération.
Cette régénération s'effectue grâce à des postcombustions contrôlées qui portent la température des gaz d'échappement à 450°-500° C à l'entrée du filtre.
Une régénération complète nécessite deux à trois minutes. Elle s'effectuera tous les 400 à 500 km.
Le support de filtration des particules
Le filtre à particules est une structure poreuse comprenant des canaux organisés de façon à forcer les gaz d'échappement à traverser les parois. Constituée de carbure de silicium, cette structure se caractérise par :
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Analyse au microscope électronique de l'état de surface d'un échantillon de filtre à particules
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Ce filtre reste efficace pendant toute la durée de vie du véhicule. Un nettoyage à l'eau sous pression sera effectué tous les 80 000 km chez les concessionnaires afin d'éliminer les dépôts de cérine.
La mise en oeuvre de la postcombustion lors des régénérations entraîne une augmentation du couple moteur.
Pour que cette opération soit indiscernable pour le conducteur, des techniques spéciales de contrôle du couple ont été mises au point ; elles reposent sur :
- une commande optimisée de chaque injection élémentaire, pré-injection, injection principale et post-injection
- un contrôle de la pression de suralimentation.
Seule la flexibilité du système " common rail " permet d'effectuer les injections de carburant qui permettent une régénération efficace du filtre tout en conservant un bon agrément de conduite.
Quand et comment additiver ?
La cérine est mise en oeuvre en une solution organique stockée dans un réservoir additionnel placé à proximité du réservoir de carburant.
Afin d'injecter une quantité d'additif proportionnelle au volume de carburant introduit lors du remplissage, un système d'additivation a été développé.
Il se compose :
- d'un dispositif de puisage avec détection de niveau mini sur le réservoir d'additif
- d'un système d'injection de l'additif dans le réservoir principal de carburant
- d'un calculateur spécifique pour gérer la fonction d'additivation
- d'un bouchon de carburant avec micro-contacteur afin de détecter le remplissage éventuel en carburant. Lors de l'ouverture du bouchon de réservoir le système contrôle le niveau de carburant et le compare avec le nouveau niveau lors de sa fermeture. Il restera alors à additiver en Eolys® proportionnellement à la quantité de carburant ajoutée dans le réservoir
Pour un plein de 60 litres, le système injectera 37,5 ml de solution contenant 1,9 g de cérine.
Le réservoir d'additif, d'une capacité de 5 litres, assure une autonomie de 80 000 km.
La mise à niveau s'effectuera chez les concessionnaires en même temps que le nettoyage du filtre.
Bilan positif
Le système FAP s'inscrit dans une stratégie d'ensemble de réduction des émissions polluantes. Il donne au moteur diesel HDI un avantage écologique déterminant en complétant efficacement ses performances intrinsèques par l'élimination des particules et des fumées.
Le système FAP est actif quelles que soient les conditions d'utilisation du véhicule et la régénération s'effectue de façon indiscernable par le conducteur et les prestations du véhicule sont conservées.