Filtre à particules

© Renault - Reproduction ou traduction même partielle interdite sans l’autorisation de Renault - Novembre 2003

77 11 322 403 Mécanique et électricité

FILTRE À PARTICULES

Formation Produit

Direction du Service - Direction des Métiers du RéseauCentre de Formation Après-Vente

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FILTRE À PARTICULES 1

SOMMAIRESOMMAIRE

PRÉSENTATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3La pollution des moteurs diesel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3La réponse de RENAULT : le filtre à particules (FAP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

ÉTUDE TECHNIQUE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Schéma général du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Les capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Les actionneurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10La régénération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Pollution EOBD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

MAINTENANCE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Vidange moteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Remplacement du FAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19La régénération après-vente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

FICHE ATELIER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21


La pollution des moteurs DieselLa réduction de la pollution automobile reste l’un des objectifs principaux pour l’avenir.L’adoption du système d’injection common rail permet une meilleure combustion. Ceciengendre un gain important en termes de consommation de carburant et d’émissionspolluantes.

Le problème majeur des moteurs Diesel reste les fumées (ou « particules ») visibles àl’échappement lors des fortes accélérations. Ceci contribue à véhiculer une imagenégative des moteurs Diesel.

Que sont les particules ?Les émissions produites à l’échappement sont essentiellement gazeuses, parfoisliquides, et dans une faible proportion solides.

Les particules naissent au cours de la combustion, dans les zones trop riches dumélange air/carburant. Elles sont constituées d’un noyau de carbone qui sert desupport aux différents résidus solides ou liquides environnants.

FAP-M0903O1P0001

La taille moyenne d’une particule estde 0,1 µm.

1 Hydrocarbures.2 Métaux.3 Sulfates.4 Eau.5 Carbone.

5

1

2

3

4

PRÉSENTATIONPRÉSENTATION

Présentation

4 FILTRE À PARTICULES

La réponse de RENAULT : le filtre à particules (FAP)

Le filtre à particules se trouve sur la ligne d’échappement, après le catalyseurd’oxydation. Des capteurs informent le calculateur du fonctionnement du système.

Le filtre à particules est constitué d’un monolithe en céramique spéciale imprégné demétaux précieux.

La forme est comparable à celle d’un catalyseur classique. Cependant, dans le cas duFAP, un conduit sur deux est obstrué. Entre chaque canal, le matériau imprégné estporeux, permettant aux gaz d’échappement de le traverser.


Présentation

Grâce à cette architecture, les gaz traversent et les particules sont piégées dans lesparois et au fond des canaux bouchés. On appelle cela la phase de « chargement ».

L’accumulation des particules dans le filtre augmente la contre-pression àl’échappement. Lorsque le seuil de chargement est atteint, il est nécessaire de« brûler » les particules stockées dans le filtre. C’est le rôle de la « régénération ».

La régénération nécessite une température minimale de 570 °C en entrée du filtre àparticules.

Après l’opération de régénération, le filtre est de nouveau vide, une nouvelle phase dechargement commence.


Schéma général du système

1 Catalyseur d’oxydation.2 Filtre à particules.3 Turbocompresseur.4 Moteur.5 Vanne EGR.6 Volet by-pass EGR.7 Refroidisseur de gaz d’échappement recyclés.8 Volet d’admission (étouffoir).9 Débitmètre d’air.10 Capteur de température amont filtre à particules.11 Capteur de température aval filtre à particules.12 Capteur de pression différentielle filtre à particules.

FAP-M0903O1P0004

6 5

7

8 3

4

1

10 11

12

2

9

ÉTUDE TECHNIQUEÉTUDE TECHNIQUE

Étude technique


Les capteurs

Pression différentielle

1 Pression amont filtre à particules. 2 Pression aval filtre à particules.

Le capteur de pression différentielle est placé au-dessus de la crémaillère de direction,il est relié par des tuyaux souples aux piquages amont et aval du filtre à particules. Cecapteur est de type piézo-résistif et sa plage de mesure s’étend de 0 à 1 bar.

Il est alimenté en 5 V par les voies 1 et 2, et envoie un signal compris entre 0 et 5 V aucalculateur par la voie 3.

Son rôle est d’informer le calculateur de la différence de pression entre l’entrée et lasortie du filtre à particules.

Ceci permet d’évaluer la masse de particules contenue dans le filtre.

En effet, l’accumulation des particules oppose une résistance à la sortie des gaz

1 2


Étude technique

d’échappement. Plus le filtre se charge, plus la masse de particules est importante.

En associant la pression différentielle au débit volumique de gaz d’échappement(calculé en fonction du régime, de la pression de suralimentation...), le calculateurestime la masse de particules dans le filtre.

La masse de suies est prise en compte dans la stratégie de déclenchement de larégénération.

Température amont et aval FAP

1 Capteur de température amont FAP.2 Capteur de température aval FAP.

Deux capteurs de température placés respectivement à l’entrée et à la sortie du filtreinforment le calculateur. Ces capteurs sont des résistances variables de type CTN.

Le capteur situé à l’entrée (amont) mesure la température des gaz à la sortie ducatalyseur d’oxydation. Ceci permet de savoir si la température d’amorçage ducatalyseur est atteinte afin de pouvoir lancer la régénération.

Sa plage de mesure s’étend de 50 °C à 1 000 °C. Il est repéré par un connecteur decouleur bleue.

FAP-M0903O1P0006

700

600

500

400

300

200

100

0100 200 300 400 500 600 700 800

∆P (mbar)

Q vol (m3h)

La pression différentielle ne permet pasà elle seule de déterminer la masse departicules. En effet, elle est liée au débitde gaz dans la ligne d’échappement.

Filtre plein (20 g).Filtre vide (1 g).

1 2

FAP-

M09

0301

P000

7

Étude technique


Le capteur situé à la sortie du filtre (aval) permet de contrôler le bon déroulement et ladurée de la régénération. (Surveillance de l’élévation de température due à lacombustion des particules.)

Sa plage de mesure s’étend de 200 °C à 1 000 °C. Il est repéré par un connecteur decouleur noire.

Les actionneurs

Le catalyseur d’oxydationIl possède deux fonctions principales :

- Utiliser l’oxygène présent dans les gaz d’échappement pour transformer le CO enCO2 et les HC en CO2 + H2O.

- Augmenter la température des gaz d’échappement (grâce à la réactiond’oxydation) afin de permettre la régénération dans le filtre à particules.

Il possède un rôle primordial dansl’opération de régénération du filtre àparticules.

La température d’amorçage ducatalyseur d’oxydation est compriseentre 130 et 150 °C.

Efficacité(%)

100

130 150 T°C


Étude technique

Recyclage des gaz d’échappement

1 Vanne EGR.2 Refroidisseur de gaz d’échappement recyclés.3 Volet by-pass.

La vanne EGR dispose d’un élément de refroidissement des gaz recyclés. La réductionde la température des gaz recyclés augmente leur masse volumique.

Pour un même volume, la masse de gaz admise sera supérieure.

Ceci revient à augmenter la quantité de gaz recyclés et ainsi d’améliorer la réductiondes oxydes d’azote.

Un volet by-pass permet de diriger les gaz au travers du refroidisseur ou directementà l’admission.

Durant la phase de chauffe du moteur (température d’eau inférieure à 65 °C), on nerefroidit pas les gaz recyclés. En effet, leur température élevée accélère la chauffe dumoteur ce qui participe à la réduction de la pollution lors des démarrages à froid.

3 1 2

2

3 1

1 Poumon de commande.2 Canal by-pass.3 Refroidisseur de gaz.

Étude technique


La fonction by-pass est activée pneumatiquement via une électrovanne pilotée par lecalculateur d’injection par une tension de 12 V.

Lorsque l’électrovanne est commandée, les gaz traversent le refroidisseur.

Volet d’air

En cas d’emballement de la température dans le filtre, on limite l’apport d’oxygène pourdiminuer la température de combustion des particules. (Par exemple, lors d’un retourbrutal au ralenti.)

A la coupure du moteur, le volet joue le rôle d’étouffoir évitant les vibrations du moteur.Il est commandé en fermeture durant 1 seconde.

Un volet d’air (1) prend place dans leconduit d’admission. Son rôle est demoduler l’apport d’air au moteurdurant les phases de régénération etainsi de réguler la température decombustion des particules.

1

1 Cible magnétique du capteur.

2 Capteur de position.3 Moteur électrique à

courant continu.4 Électronique de

commande.

2

413


Étude technique

Le connecteur électrique du volet d’air possède 4 voies :

- masse,- alimentation,- signal de commande du calculateur,- sortie diagnostic.

Le volet d’air dispose d’une électronique interne au boîtier permettant de :

- commander le moteur électrique,- mesurer la position du volet,- informer le calculateur d’un dysfonctionnement.

Le boîtier est alimenté en 12 V par les voies 1 et 2.

Le calculateur d’injection envoie un signal de consigne d’ouverture en voie 3 sous laforme d’un RCO d’amplitude 10 V.

En fonction de ce signal la partie électronique pilote le moteur électrique afin d’ouvrirle volet.

Diagnostic de la position du voletUn capteur de position magnéto résistif interne mesure le déplacement de l’engrenagedu moteur.

Le volet envoie une information diagnostic au calculateur par la voie 4.

En cas d’écart de position un potentiel 0 V est présent sur la ligne diagnostic. Unpotentiel 8 V indique un fonctionnement correct.

L’apprentissage des butées s’effectue à la coupure du moteur lorsque le volet se fermeentièrement (fonction étouffoir). Le capteur prend comme référence la dernière valeurapprise.

A la mise du contact, le volet génère un état bas durant 800 ms, suivi d’un état hautd’1 s. Ceci permet de tester la ligne diagnostic.

Après cette séquence la ligne reste à l’état haut si aucune défaillance n’a été détectéelors de l’apprentissage des butées.

Étude technique


La régénération

Régénération spontanéeLa réaction d’oxydation dans le catalyseur produit du dioxyde d’azote (NO2). Lacombinaison du dioxyde d’azote et de l’imprégnation catalytique du FAP produit ladiminution de la quantité de particules dans le filtre à partir de 350 °C (réaction catalytique).

Cependant, cette température n’est atteinte que lorsque le moteur est fortementsollicité (autoroute à forte charge, par exemple), on parle alors de régénérationspontanée.

Lors de roulages à faible vitesse, la température des gaz d’échappement estinsuffisante pour obtenir la régénération spontanée. Pour palier à cela, le calculateurd’injection dispose de plusieurs stratégies permettant d’atteindre la températurenécessaire à la combustion des particules (570 °C).

Régénération par combustion : injection spécifique et post-injection

FAP-

M09

0301

P000

3bis

INJECTION NORMALE INJECTION SPÉCIFIQUE

PMH PMH

200° 600°

Pré-injection

Injection principale

Pré-injection

Injection principale

Post-injection


Étude technique

En fonctionnement normal, l’injection de carburant se passe en deux temps :

- une pré-injection d’une faible quantité de carburant avant le point mort haut,- une injection principale au niveau du point mort haut.

Ceci permet au carburant de s’enflammer progressivement et ainsi de réduire les bruitsde fonctionnement et les émissions polluantes.

Lorsque le calculateur détermine qu’il devient nécessaire de régénérer le filtre àparticules, il passe en mode d’injection spécifique.

La pré-injection et l’injection principale sont décalées Une post injection intervientégalement après le point mort haut.

De même, le calculateur continue d’injecter durant les phases de laché de pied.

Injecter tardivement provoque énormément de HC. Ces HC sont traités dans lecatalyseur d’oxydation, ce qui a pour conséquence de générer une quantité importantede chaleur.

Lorsque la température des gaz d’échappement dépasse 570 °C, les particules brûlentdans l’oxygène résiduel des gaz.

Stratégie particulière : activation des consommateurs électriques Pour atteindre plus facilement la température de régénération, le calculateur active desconsommateurs électriques (moto ventilateurs de refroidissement, thermoplongeurs etlunette arrière dégivrante), afin d’augmenter la charge moteur par l’alternateur.

Ceci contribue à la hausse de la température de combustion nécessaire à larégénération.

Remarque

Pendant cette phase, l’EGR est désactivé.En effet, l’EGR abaisse la température de combustion ce qui ne favorise pas larégénération.

Étude technique


Évaluation du besoin de régénérerLe calculateur évalue le besoin de régénérer en fonction de deux critères :

- la distance parcourue depuis la dernière régénération,- la masse de particules estimée dans le filtre.

La demande de régénération intervient :

- après 1 000 km ou 35 g estimés en roulage urbain (vitesse moyenne supérieureà 25 km/h depuis la dernière régénération),

- après 500 km ou 15 g estimés en roulage extra-urbain (vitesse moyennesupérieure à 90 km/h depuis la dernière régénération).

Le calculateur prend en compte le premier des deux seuils atteint.

Alertes au tableau de bord et sécuritésAprès 1 100 km sans possibilité de régénération (ou 37,5 g de particules estimées), lecalculateur désactive le recyclage des gaz d’échappement afin de limiter la productionde particules supplémentaires.

Si le chargement atteint 45 g, il y a risque de colmatage du filtre. Le voyant STOPs’allume (alerte niveau 2). Il est nécessaire de conduire le véhicule dans le réseauRENAULT. Le moteur fonctionne en mode dégradé (limitation des performances afinde réduire la production de particules) et toute régénération est interdite.

En effet, la combustion d’une quantité trop importante de particules peut provoquer unemballement de la régénération et entraîner la destruction du filtre.

FILTRE À PARTICULES À RÉGÉNÉRER

FILTRE À PARTICULES À RÉGÉNÉRER

Lorsque le chargement du filtre atteint 40 g (sanslimite kilométrique), un message d’alerte niveau 1s’allume au tableau de bord.

Ce message incite le conducteur à chercher lapossibilité de régénérer.


Étude technique

Schéma récapitulatif

FAP-M0903O1P0015

Type deroulage

Pleine charge(régénérationpermanente)

Autoroute/route(régénération

aisée)

MixteRoute/ville

(régénérationdifficile)

Embouteillages(régénérationimpossible)

15 g ou500 km

35 g ou1 000 km

37,5 g ou1 100 km

40 g 45 g Niveau dechargement

Régénérationspontanée

Régénérationcommandée

par lecalculateur


par lecalculateur


par lecalculateur

Désactivationde l’EGR

Alertetableau

de bord :

« FAP àrégénérer »

VoyantSTOP

ModeDégradé

Interdictionde

régénération

Étude technique


Pollution/EOBD

Respect des normes de pollution

Le filtre à particules permet de répondre à la norme EURO IV. Cette norme est deuxfois plus sévère que la norme EURO III actuellement en vigueur.

Le filtre à particules permet d’amener le nombre de particules à un seuil nonmesurable.

EOBDLa norme EOBD Diesel rend obligatoire la surveillance du bon fonctionnement du filtreà particules.

Toute défaillance électrique sur le système provoque l’allumage du voyant MIL.

L’analyse de la pression différentielle permet de détecter un problème mécanique etd’allumer le voyant en cas de :

- FAP colmaté,- FAP troué ou absent.

Polluant (g/km) EURO III EURO IV

CO 0,64 0,50

NOx 0,50 0,25

HC + NOx 0,56 0,30

Particules 0,05 0,025

La combustion des particules lors dela régénération produit du gazcarbonique (CO2), de l’eau (H2O) etde l’oxyde d’azote (NO).

CO2+

H2O+

NO


Vidange moteurLe moteur G9T 600 nécessite un intervalle de vidange à 20 000 km au lieu de 30 000.Ceci est dû à la dilution d’huile par le gasoil provoquée par les opérations derégénération.

Remplacement du FAPRENAULT préconise le remplacement du filtre à particules tous les 90 000 km.

En effet, il subsiste une infime quantité de résidus incombustibles après chaquerégénération colmatant petit à petit le filtre.

La régénération Après-VenteEn cas d’intervention sur un véhicule présentant une surcharge du filtre à particulesdue à une impossibilité de régénérer (allumage voyant alerte niveau 2), il est possiblede piloter une régénération par l’intermédiaire de l’outil de diagnostic CLIP.

Cette commande permet de régénérer le filtre à particules avec le véhicule à l’arrêt.

Avant le lancement, il est nécessaire de s’assurer impérativement que le niveau d’huilene dépasse pas le repère maxi de la jauge. En effet, la quantité d’huile augmentefortement pendant l’opération à cause du phénomène de dilution.

La combustion des particules génère un dégagement de fumée et d’odeurimportant. Il est impératif d’utiliser un extracteur de fumée ou de se mettreen extérieur pendant l’opération.

MAINTENANCEMAINTENANCE

Maintenance


La procédure de régénération comporte 3 phases :

Phase 1 : chauffe

Augmentation automatique du régime à 1 500 tr/min, ceci permet d’amorcer lecatalyseur d’oxydation.

Cette phase est maintenue jusqu’à ce que la température d’eau atteigne 80 °C (oudurant 3 minutes si le moteur était déjà chaud).

Phase 2 : passage en injection spécifique

Le calculateur passe en mode d’injection spécifique (décalage et post-injection) afind’augmenter la température des gaz et de provoquer la combustion des particules.

La durée de fonctionnement en injection spécifique dépend du chargement initial dufiltre mais ne peut excéder 20 minutes.

Phase 3 : refroidissement

Afin d’éviter les chocs thermiques dans le filtre à particules le moteur est maintenu aurégime de ralenti accéléré de 1 500 tr/min en injection normale durant 3 minutes. Cecipermet de faire passer un flux de gaz chauds important dans le filtre afin d’éviter unrefroidissement trop rapide.

L’injection spécifique provoque une forte dilution de l’huile. Il s’ensuitune augmentation du niveau d’huile après l’opération de régénérationAprès-Vente (jusqu’à 1 cm sur la jauge).

De ce fait, afin d’assurer une bonne lubrification et d’éviter l’emballementdu moteur par réaspiration, il est impératif d’effectuer une vidange del’huile moteur après toute régénération Après-Vente.


MANIPULATIONS ET MESURES

PRATIQUE ATELIERPRATIQUE ATELIER

A LA FIN DE L’EXERCICE, LE TECHNICIEN SERA CAPABLE DE :- ........................................................................


Fiche pratique atelier

Au cours des pratiques atelier, vous rencontrerez les symboles suivants. Ils vousguideront dans les opérations à réaliser.

Utilisez la documentation technique.

Effectuez l’opération pratique indiquée.

Répondez à la question posée.

Un point important est signalé.

Demandez des instructions au formateur avant de continuer.

Fin de la pratique atelier.



Objectif : Après avoir réalisé les opérations pratique atelier, vous serez capabled’intervenir sur le système de filtre à particules.

Objectif pédagogique : Savoir diagnostiquer le système et effectuer une procédurede régénération après-vente.

Moyens atelier : - Un véhicule RENAULT Vel Satis avec moteur G9T 600.- Un outil de diagnostic équipé de la fonction oscilloscope.

Documentation technique :Note technique diagnostic du système.

1. Branchez l’outil de diagnostic et rentrez en communication avec lecalculateur.

2. Assurez-vous de l’absence de défauts sur le calculateur.

3. Visualisez la liste de tous les défauts diagnosticables et listez ceuxrelatifs à la fonction filtre à particules :

Réponse : ......................................................................................................

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

Dans le menu « commande » il existe plusieurs fonctions d’effacementd’apprentissages. Ces apprentissages doivent être réinitialisés lors duremplacement de chaque élément correspondant :- Injecteurs.- Filtre à particules.- Vanne EGR.- Volet d’admission d’air.



4. Le véhicule utilise-t-il la calibration des injecteurs IMA ? (Utilisez lesinformations fournies dans l’outil de diagnostic.)

Réponse : ......................................................................................................

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

5. Si oui, assurez-vous que la calibration soit correctement effectuée.

6. Entrer dans le menu « test par fonction », et sélectionner « filtre àparticules ».Effectuer un contrôle de conformité au ralenti des paramètres affichés.

7. Quelle est la masse de particules estimée par le calculateur ?

Réponse : ......................................................................................................

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

8. D’après cette masse, quel est le niveau de chargement du filtre ? (faible,moyen ou élevé).

Réponse : ......................................................................................................

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................



9 Installez un oscilloscope raccordé à un des injecteurs avant de continuer.

Vérifiez le niveau d’huile moteur avant de poursuivre. Effectuez la manipulation suivante en extérieur si possible.En effet, la régénération génère une quantité importante de chaleur ainsique de fortes odeurs.

10. Lancez une procédure de régénération après-vente à l’aide de l’outil dediagnostic.

11. Pendant la phase de chauffe, visualisez le signal d’un injecteur surl’oscilloscope et observer la modification de celui-ci lors du passage eninjection spécifique (apparition de la post-injection).On peut noter une légère modification de la sonorité du moteur due audécalage du moment d’injection.

12. Retournez en mode diagnostic et visualisez l’augmentation de latempérature amont FAP. Lorsque celle-ci atteint les 600 °C, une fuméeapparaît à l’échappement et la température aval FAP augmente (au-dessusde 200 °C). Ceci indique que la combustion des particules se produit dansle filtre.

Afin d’éviter une dilution et une augmentation du niveau d’huile tropimportantes, il est possible d’interrompre la procédure de régénération unefois les manipulations terminées. Pour cela, il est nécessaire de couper le moteur et d’attendre le powerlatchcalculateur (coupure de communication avec le calculateur).Redémarrez ensuite le moteur et le laissez tourner quelques minutes auralenti afin de refroidir le FAP.

Fin de la pratique atelier.

Filtre à particules

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