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Jul 30, 2023

Qu'est-ce qu'un filtre à particules diesel ? PH explique

L'un des principaux sous-produits de la combustion du diesel est la matière particulaire,

L'un des principaux sous-produits de la combustion du diesel est la matière particulaire, qui se compose principalement de suie formée par le carburant non brûlé. Cette suie, ainsi que d'autres matières particulaires et sous-produits de combustion, est émise sous forme de fumée noire dense - généralement lorsque le moteur est sous forte charge.

La suie et les autres particules fines émises par les moteurs diesel sont nocives si elles sont ingérées et peuvent causer des problèmes tels que des lésions pulmonaires et le cancer. Dans les zones urbaines, en particulier, la quantité considérable de véhicules alimentés au diesel contribue de manière significative aux maladies liées à la pollution de l'air. Les moyens de filtrer ces particules hors du flux d'échappement ont commencé à être étudiés à la fin des années 1960, ce qui a abouti au développement de filtres à particules. Le premier système automobile de série a été proposé par Mercedes-Benz, dans sa 300D 1985 du marché californien, par exemple.

Les systèmes, connus plus tard sous le nom de «filtres à particules diesel» - DPF - reposaient sur le piégeage de la suie d'échappement dans un ensemble de filtre. Lorsque le filtre est plein, un cycle de « régénération » est effectué. Ce processus augmenterait la température dans le filtre à particules à des niveaux si élevés que les sous-produits indésirables stockés seraient brûlés et oxydés, puis libérés sous forme de dioxyde de carbone moins nocif.

À mesure que le diesel devenait plus populaire et que la congestion dans les villes entraînait des problèmes de qualité de l'air de plus en plus désagréables, l'utilisation des FAP s'est généralisée. En 2009, alors que les réglementations sur les émissions continuaient de se resserrer, il est devenu nécessaire que toutes les nouvelles voitures diesel soient équipées d'un filtre à particules diesel.

Comment fonctionne un filtre à particules ? À l'intérieur d'un filtre à particules diesel se trouve une structure appelée « substrat filtrant », qui est l'élément responsable de la capture des particules de suie. Il est généralement constitué de matériaux céramiques et ses parois sont souvent poreuses. Deux formes courantes de conception sont utilisées : le filtre à flux mural et le filtre à flux partiel. Le premier implique que tous les gaz d'échappement traversent les parois poreuses du filtre, ce qui élimine efficacement les particules mais peut entraîner un colmatage facile de l'ensemble. Les filtres à flux partiel, alternativement, contiennent des canaux qui s'écoulent et se tissent - ainsi, lorsque les gaz d'échappement changent rapidement de direction, ils déposent de la suie sur la paroi du substrat. Ces filtres ne se bouchent pas facilement mais sont beaucoup moins efficaces.

Dans les deux cas, le principe de base est le même. Les gaz d'échappement du moteur sont introduits dans le filtre à particules diesel et les gaz s'écoulent à travers le matériau poreux ou les canaux à l'intérieur. Les particules du flux d'échappement ne peuvent pas traverser les parois ou les canaux du filtre, elles sont donc déposées dans le DPF - tandis que le reste des gaz d'échappement sort du tuyau d'échappement.

Les dépôts dans le DPF, non contrôlés, finiraient par bloquer l'ensemble du filtre et entraîneraient des problèmes de performances importants. Afin de nettoyer le filtre, sans le retirer de la voiture, un processus appelé «régénération» a lieu. Cela implique d'augmenter la température à l'intérieur du filtre à particules au point que les débris stockés à l'intérieur sont brûlés et oxydés sous forme gazeuse, généralement du dioxyde de carbone. Le processus, qui génère des émissions moins nocives que la simple libération de la suie dans l'atmosphère, peut se produire de manière passive ou active.

La régénération passive se produit lorsque la température des gaz d'échappement est suffisamment élevée pour brûler le matériau à l'intérieur du filtre ; de telles conditions peuvent être rencontrées lorsque la voiture roule à des vitesses d'autoroute - et, par conséquent, le processus reste invisible pour le conducteur. La régénération active, quant à elle, consiste à augmenter artificiellement la température à l'intérieur du filtre. Une approche consiste à modifier le comportement du moteur - en retardant le processus d'injection, par exemple, afin que la combustion se poursuive dans l'échappement et chauffe le filtre. Alternativement, un système de chauffage peut ou du carburant peut être injecté directement dans l'échappement, brûlant dans le système pour élever sa température.

Dans certains cas, comme le conducteur qui effectue continuellement de courts trajets, le filtre peut ne pas avoir la possibilité de se régénérer. Cela le conduit finalement à se bloquer, à réduire les performances du moteur et à causer des problèmes ; par conséquent, de nombreux techniciens peuvent forcer un DPF à se régénérer afin de les nettoyer. Bien que les filtres à particules puissent être gênants, ils sont au moins efficaces - un fabricant affirmant que ses filtres à écoulement mural capturent 90 % ou plus des particules de suie émises par le moteur.

Les voitures à essence utilisent-elles des filtres à particules ? Une légère ironie de la récente réaction contre les diesels est que de nombreuses essences modernes - en particulier celles qui reposent sur l'injection directe - ne sont pas elles-mêmes exemptes de problèmes liés aux émissions. En particulier, une étude suisse de trois ans a révélé que plusieurs voitures à injection directe émettaient 10 à 100 fois plus de particules « ultrafines » qu'un diesel moderne équipé d'un filtre à particules.

Ces particules plus fines sont produites par les processus de combustion et les mélanges rencontrés par les moteurs à injection directe. Plus problématique, ils sont potentiellement encore plus nocifs que les particules conventionnelles - car leur taille plus fine signifie qu'ils peuvent pénétrer plus facilement dans les tissus mous, tels que ceux des poumons.

Par conséquent, les résultats ont poussé certains constructeurs à équiper leurs véhicules essence de filtres à particules. Encore une fois, Mercedes-Benz a été l'une des principales forces dans l'adoption des GPF « filtres à particules d'essence ». En 2017, certaines versions essence de la Classe S W222-gen étaient équipées de filtres à particules.

Contrairement aux filtres diesel de l'entreprise, les versions essence utilisent de la cordiérite - un matériau en silicone qui contient du magnésium, du fer et de l'aluminium - dans leur ensemble de filtres. Les filtres en cordiérite sont moins chers que ceux à base de carbure de silicium utilisés dans les moteurs diesel et ne peuvent pas résister à des températures aussi élevées, mais le matériau ne se dilate pas autant lorsqu'il est chauffé. Par conséquent, les filtres à particules à base de cordiérite sont plus faciles à conditionner. Leurs performances de filtration restent cependant excellentes.

Parmi les autres marques utilisant des GPF, citons Ford, dans la Mustang Ecoboost 2018 et la Fiesta ST, et Volkswagen - qui les utilise dans la Up GTI et Tiguan.

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