Filtre à particules
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Le filtre à particules (FAP) est un système de filtration utilisé pour éliminer quasi totalement les fines particules, réputées cancérigènes, contenues dans les gaz d'échappement des moteurs diesel. Ces particules sont essentiellement composées de carbone et ont typiquement une taille comprise en 10 nm et 1 micron.
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[modifier] Géometrie
La configuration classique des Filtres à Particules Diesel installés sur les véhicules légers est constituée par un nid d'abeille extrudé en céramique frittée. Les canaux du nid d’abeille sont bouchés alternativement en entrée et en sortie du filtre afin de forcer le passage des gaz à travers les parois poreuses pour collecter les particules. Différentes formes géométriques des canaux permettent d’obtenir ce résultats : Dans la configuration la plus classique, les canaux ont une section carrée, mais des canaux de section triangulaire peuvent également être envisagés.
A l'origine, ces filtres étaient réalisés en Cordiérite (céramique de formule 2Al2O3-5SiO2). Les contraintes spécifiques associées au fonctionnement embarqué sur véhicule léger a conduit les différents fabricants de filtres à remplacer la cordiérite par une autre céramique. L’utilisation du Carbure de Silicium (SiC), disposant notamment d’une conductivité thermique plus élevée, permettant de dissiper correctement la chaleur dégagée par la combustion des suies, a permis d’obtenir une bien meilleure résistance à la fonte et à la fissuration.
[modifier] Fonctionnement : Phase 1 - Filtration
La capture des particules dans le filtre est obtenue par filtration. L'accumulation des particules conduit à la formation du couche de suie sur les parois qui, dans un premier temps, améliore l'efficacité de la filtration (95 à 99% en masse des particules peuvent être collectées dans le filtre). Cependant, cette couche poreuse augmente fortement la [perte de charge] imposée dans le pôt d'échappement. Ceci a tendance à nuire au bon fonctionnement du moteur en entrainant notament une perte de puissance. Un nettoyage (ou régénération) du dispositif devient alors indispensable (après quelques centaines de kilomètres).
[modifier] Fonctionnement : Phase 2 - Régénération
Plusieurs méthodes de régénération ont été envisagées, la plus classique est basée sur la combustion des suies initiée par une élévation de la température des gaz. Les moteur Diesel récent (de type HDI par exemple) permettent de controler finement la quantité de carburant injectée. En l'augmentant ponctuellement, on peut arriver à réchauffer suffisamment le gaz d'échappement pour qu'il active l'oxydation des suies piégées dans le filtre. Cette opération nécessite la présence d'une catalyse. Les premiers modèles de filtres nécessitaient l'ajout d'un composé catalyseur dans le carburant (à base Cérium). Plus récemment, l'introduction de matériaux précieux (platine, palladium ...) déposés directement dans le filtre a permis de s'affranchir de cette contrainte.
[modifier] Remarques
- L'évolution des matériaux utilisés, l'optimisation de la géometrie du dispositif et les progrès apportés au fonctionnement des moteurs a permis d'améliorer fortement la durabilité des filtres à particules. A l'origine d'environ 80 000 km, leur durée de vie a été portée à 120 000 km et semble pouvoir être encore augmentée.
- La difficulté de mise au point de l'intégration de ce système au moteur est avant tout la préservation d'un comportement neutre du moteur pour le conducteur (dégrader le fonctionnement ne se fait pas sans désagrément).
[modifier] Liens internes
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