Filtre à particules

FILTRE À PARTICULES Formation Produit

Direction du Service - Direction des Métiers du Réseau Centre de Formation Après-Vente

77 11 322 403

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

Mécanique et électricité

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SOMMAIRE

SOMMAIRE

PRÉSENTATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

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

3 4

ÉTUDE TECHNIQUE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schéma général du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 7 8

Les actionneurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La régénération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pollution EOBD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10 14 18

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

19 19 19 19

FICHE ATELIER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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FILTRE À PARTICULES

1

PRÉSENTATION

PRÉSENTATION

La pollution des moteurs Diesel La 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. Ceci engendre un gain important en termes de consommation de carburant et d’émissions polluantes. Le problème majeur des moteurs Diesel reste les fumées (ou « particules ») visibles à l’échappement lors des fortes accélérations. Ceci contribue à véhiculer une image négative des moteurs Diesel.

Que sont les particules ? Les émissions produites à l’échappement sont essentiellement gazeuses, parfois liquides, et dans une faible proportion solides. Les particules naissent au cours de la combustion, dans les zones trop riches du mélange air/carburant. Elles sont constituées d’un noyau de carbone qui sert de support aux différents résidus solides ou liquides environnants. La taille moyenne d’une particule est de 0,1 µm.

5

4

1 2 3 4 5

Hydrocarbures. Métaux. Sulfates. Eau. Carbone.


1

2 3

FAP-M0903O1P0001

3

Présentation

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

Le filtre à particules se trouve sur la ligne d’échappement, après le catalyseur d’oxydation. Des capteurs informent le calculateur du fonctionnement du système. Le filtre à particules est constitué d’un monolithe en céramique spéciale imprégné de métaux précieux. La forme est comparable à celle d’un catalyseur classique. Cependant, dans le cas du FAP, un conduit sur deux est obstrué. Entre chaque canal, le matériau imprégné est poreux, permettant aux gaz d’échappement de le traverser.

4


Présentation

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

L’accumulation des particules dans le filtre augmente la contre-pression à l’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 à particules. Après l’opération de régénération, le filtre est de nouveau vide, une nouvelle phase de chargement commence.


5

ÉTUDE TECHNIQUE ÉTUDE TECHNIQUE Schéma général du système 6

5

10 7

4 1

8

11

2

3 12

4 0 0 0 P 1 O 3 0 9 0 M P A F

9

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.


7

Étude technique

Les capteurs

Pression différentielle

1

1 Pression amont filtre à particules.

2

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. Ce capteur 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 au calculateur par la voie 3. Son rôle est d’informer le calculateur de la différence de pression entre l’entrée et la sortie 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

8


Étude technique

d’échappement. Plus le filtre se charge, plus la masse de particules est importante. La pression différentielle ne permet pas à elle seule de déterminer la masse de particules. En effet, elle est liée au débit de gaz dans la ligne d’échappement.

∆

P (mbar)

700 600 500 400 300 200 6 0 0 0 P 1 O 3 0 9 0 M P A F

100

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

0

100

200

300 400

500

600

700 800 3

Q vol (m h)

En associant la pression différentielle au débit volumique de gaz d’échappement (calculé en fonction du régime, de la pression de suralimentation...), le calculateur estime la masse de particules dans le filtre. La masse de suies est prise en compte dans la stratégie de déclenchement de la régénération.

Température amont et aval FAP

7 0 0 0 P 1 0 3 0 9 0 M P A F

1

2

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 filtre informent 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 du catalyseur d’oxydation. Ceci permet de savoir si la température d’amorçage du catalyseur 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 de couleur bleue.


9

Étude technique

Le capteur situé à la sortie du filtre (aval) permet de contrôler le bon déroulement et la durée de la régénération. (Surveillance de l’élévation de température due à la combustion des particules.) Sa plage de mesure s’étend de 200 °C à 1 000 °C. Il est repéré par un connecteur de couleur noire.

Les actionneurs

Le catalyseur d’oxydation Il possède deux fonctions principales : - Utiliser l’oxygène présent dans les gaz d’échappement pour transformer le CO en CO2 et les HC en CO2 + H2O. - Augmenter la température des gaz d’échappement (grâce à la réaction d’oxydation) afin de permettre la régénération dans le filtre à particules.

Il possède un rôle primordial dans l’opération de régénération du filtre à particules.

Efficacité (%)

100

La température d’amorçage du catalyseur d’oxydation est comprise entre 130 et 150 °C.

130 150

10

T°C


Étude technique

Recyclage des gaz d’échappement

3

1

2

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 réduction de 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 réduction des oxydes d’azote. 3

1

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

2

Un volet by-pass permet de diriger les gaz au travers du refroidisseur ou directement à l’admission. Durant la phase de chauffe du moteur (température d’eau inférieure à 65 °C), on ne refroidit pas les gaz recyclés. En effet, leur température élevée accélère la chauffe du moteur ce qui participe à la réduction de la pollution lors des démarrages à froid.


11

Étude technique

La fonction by-pass est activée pneumatiquement via une électrovanne pilotée par le calculateur d’injection par une tension de 12 V. Lorsque l’électrovanne est commandée, les gaz traversent le refroidisseur.

Volet d’air 1

Un volet d’air (1) prend place dans le conduit d’admission. Son rôle est de moduler l’apport d’air au moteur durant les phases de régénération et ainsi de réguler la température de combustion des particules.

En cas d’emballement de la température dans le filtre, on limite l’apport d’oxygène pour diminuer la température de combustion des particules. (Par exemple, lors d’un retour brutal 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. 2

1 Cible magnétique du capteur. 2 Capteur de position. 3 Moteur électrique à courant continu. 4 Électronique de commande.

4 3

12

1


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 la forme d’un RCO d’amplitude 10 V. En fonction de ce signal la partie électronique pilote le moteur électrique afin d’ouvrir le volet.

Diagnostic de la position du volet Un capteur de position magnéto résistif interne mesure le déplacement de l’engrenage du 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. Un potentiel 8 V indique un fonctionnement correct. L’apprentissage des butées s’effectue à la coupure du moteur lorsque le volet se ferme entièrement (fonction étouffoir). Le capteur prend comme référence la dernière valeur apprise. A la mise du contact, le volet génère un état bas durant 800 ms, suivi d’un état haut d’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 détectée lors de l’apprentissage des butées.


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Étude technique

La régénération s i b 3 0 0 0 P 1 0 3 0 9 0 M P A F

Régénération spontanée La réaction d’oxydation dans le catalyseur produit du dioxyde d’azote (NO 2). La combinaison du dioxyde d’azote et de l’imprégnation catalytique du FAP produit la diminution 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 fortement sollicité (autoroute à forte charge, par exemple), on parle alors de régénération spontanée. Lors de roulages à faible vitesse, la température des gaz d’échappement est insuffisante pour obtenir la régénération spontanée. Pour palier à cela, le calculateur d’injection dispose de plusieurs stratégies permettant d’atteindre la température nécessaire à la combustion des particules (570 °C).

Régénération par combustion : injection spécifique et post-injection INJECTION NORMALE

INJECTION SPÉCIFIQUE

PMH

PMH 200°

600°

Pré-injection

Pré-injection

Injection principale

Injection principale Post-injection

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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 bruits de fonctionnement et les émissions polluantes. Lorsque le calculateur détermine qu’il devient nécessaire de régénérer le filtre à particules, il passe en mode d’injection spécifique. La pré-injection et l’injection principale sont décalées Une post injection intervient également 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 le catalyseur d’oxydation, ce qui a pour conséquence de générer une quantité importante de chaleur. Lorsque la température des gaz d’échappement dépasse 570 °C, les particules brûlent dans l’oxygène résiduel des gaz. Remarque Pendant cette phase, l’EGR est désactivé. En effet, l’EGR abaisse la température de combustion ce qui ne favorise pas la régénération.

Stratégie particulière : activation des consommateurs électriques Pour atteindre plus facilement la température de régénération, le calculateur active des consommateurs électriques (moto ventilateurs de refroidissement, thermoplongeurs et lunette arrière dégivrante), afin d’augmenter la charge moteur par l’alternateur. Ceci contribue à la hausse de la température de combustion nécessaire à la régénération.


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Étude technique

Évaluation du besoin de régénérer Le 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 supérieure à 25 km/h depuis la dernière régénération), - après 500 km ou 15 g estimés en roulage extra-urbain (vitesse moyenne supérieure 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 sécurités Après 1 100 km sans possibilité de régénération (ou 37,5 g de particules estimées), le calculateur désactive le recyclage des gaz d’échappement afin de limiter la production de particules supplémentaires. Lorsque le chargement du filtre atteint 40 g (sans limite kilométrique), un message d’alerte niveau 1 s’allume au tableau de bord. Ce message incite le conducteur à chercher la possibilité de régénérer.

FILTRE À PARTICULES À RÉGÉNÉRER

Si le chargement atteint 45 g, il y a risque de colmatage du filtre. Le voyant STOP s’allume (alerte niveau 2). Il est nécessaire de conduire le véhicule dans le réseau RENAULT. Le moteur fonctionne en mode dégradé (limitation des performances afin de réduire la production de particules) et toute régénération est interdite. En effet, la combustion d’une quantité trop importante de particules peut provoquer un emballement de la régénération et entraîner la destruction du filtre.

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Étude technique

Schéma récapitulatif Type de roulage Pleine charge (régénération permanente)

Autoroute/route (régénération aisée)

Régénération spontanée

Régénération commandée par le calculateur

Mixte Route/ville (régénération difficile)

Régénération commandée par le calculateur

Régénération commandée par le calculateur Désactivation de l’EGR

Embouteillages (régénération impossible) 15 g ou 500 km


35 g ou 1 000 km

37,5 g ou 1 100 km

Voyant STOP

Alerte tableau de bord : « FAP à régénérer »

40 g

Mode Dégradé Interdiction de régénération

45 g

5 1 0 0 P 1 O 3 0 9 0 M P A F

Niveau de chargement

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Étude technique

Pollution/EOBD

Respect des normes de pollution 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

Le filtre à particules permet de répondre à la norme EURO IV. Cette norme est deux fois plus sévère que la norme EURO III actuellement en vigueur. Le filtre à particules permet d’amener le nombre de particules à un seuil non mesurable.

CO2 + H2O + NO

La combustion des particules lors de la régénération produit du gaz carbonique (CO2), de l’eau (H2O) et de l’oxyde d’azote (NO).

EOBD La norme EOBD Diesel rend obligatoire la surveillance du bon fonctionnement du filtre à 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 et d’allumer le voyant en cas de : - FAP colmaté, - FAP troué ou absent.

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MAINTENANCE

MAINTENANCE Vidange moteur

Le 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 de régénération.

Remplacement du FAP RENAULT préconise le remplacement du filtre à particules tous les 90 000 km. En effet, il subsiste une infime quantité de résidus incombustibles après chaque régénération colmatant petit à petit le filtre.

La régénération Après-Vente En cas d’intervention sur un véhicule présentant une surcharge du filtre à particules due à une impossibilité de régénérer (allumage voyant alerte niveau 2), il est possible de 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’huile ne dépasse pas le repère maxi de la jauge. En effet, la quantité d’huile augmente fortement pendant l’opération à cause du phénomène de dilution. La combustion des particules génère un dégagement de fumée et d’odeur important. Il est impératif d’utiliser un extracteur de fumée ou de se mettre en extérieur pendant l’opération.


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Maintenance

La procédure de régénération comporte 3 phases : Phase 1 : chauffe

Augmentation automatique du régime à 1 500 tr/min, ceci permet d’amorcer le catalyseur d’oxydation. Cette phase est maintenue jusqu’à ce que la température d’eau atteigne 80 °C (ou durant 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) afin d’augmenter la température des gaz et de provoquer la combustion des particules. La durée de fonctionnement en injection spécifique dépend du chargement initial du filtre mais ne peut excéder 20 minutes. Phase 3 : refroidissement

Afin d’éviter les chocs thermiques dans le filtre à particules le moteur est maintenu au régime de ralenti accéléré de 1 500 tr/min en injection normale durant 3 minutes. Ceci permet de faire passer un flux de gaz chauds important dans le filtre afin d’éviter un refroidissement trop rapide. L’injection spécifique provoque une forte dilution de l’huile. Il s’ensuit une augmentation du niveau d’huile après l’opération de régénération Après-Vente (jusqu’à 1 cm sur la jauge). De ce fait, afin d’assurer une bonne lubrification et d’éviter l’emballement du moteur par réaspiration, il est impératif d’effectuer une vidange de l’huile moteur après toute régénération Après-Vente.

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PRATIQUE ATELIER

PRATIQUE ATELIER

MANIPULATIONS ET MESURES

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


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Fiche pratique atelier

Au cours des pratiques atelier, vous rencontrerez les symboles suivants. Ils vous guideront 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.

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Objectif : Après avoir réalisé les opérations pratique atelier, vous serez capable

d’intervenir sur le système de filtre à particules. Objectif pédagogique : Savoir diagnostiquer le système et effectuer une procédure

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

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

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


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4. Le véhicule utilise-t-il la calibration des injecteurs IMA ? (Utilisez les informations 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 à particules ». 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 : ...................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... .......................................................................................................................

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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 ainsi que de fortes odeurs. 10. Lancez une procédure de régénération après-vente à l’aide de l’outil de diagnostic. 11. Pendant la phase de chauffe, visualisez le signal d’un injecteur sur l’oscilloscope et observer la modification de celui-ci lors du passage en injection spécifique (apparition de la post-injection). On peut noter une légère modification de la sonorité du moteur due au décalage du moment d’injection. 12. Retournez en mode diagnostic et visualisez l’augmentation de la température amont FAP. Lorsque celle-ci atteint les 600 °C, une fumée apparaît à l’échappement et la température aval FAP augmente (au-dessus de 200 °C). Ceci indique que la combustion des particules se produit dans le filtre. Afin d’éviter une dilution et une augmentation du niveau d’huile trop importantes, il est possible d’interrompre la procédure de régénération une fois les manipulations terminées. Pour cela, il est nécessaire de couper le moteur et d’attendre le powerlatch calculateur (coupure de communication avec le calculateur). Redémarrez ensuite le moteur et le laissez tourner quelques minutes au ralenti afin de refroidir le FAP. Fin de la pratique atelier.


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Filtre à particules

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