Brevet FR2844881A1 — publié le 20040326

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif pour déterminer l'état de l'huile notamment l'huile d'un moteur. Etat de la technique Pour analyser le vieillissement de lubrifiants dans les moteurs à combustion interne par exemple l'huile du moteur, on connaît des procédés d'analyse exécutés en laboratoire. Pour cela on utilise une série de procédés de mesure physique ou physico-chimique qui exploitent un certain aspect du vieillissement de l'échantillon d'huile exa10 miné. L'inconvénient est que de telles analyses en laboratoire ne peuvent être effectuées sur un véhicule pendant son déplacement car cela permettrait une surveillance continue de l'état des lubrifiants. Exposé de l'invention La présente invention concerne un dispositif caractérisé 15 en ce qu'on détermine la concentration de composants volatils de l'huile. Le dispositif selon l'invention offre l'avantage de permettre d'exploiter l'état de l'huile de façon embarquée en surveillant en continu l'état de l'huile. Par exemple il n'est pas nécessaire de prélever 20 un échantillon pour mesurer l'état de l'huile. Les capteurs connus actuellement reposent principalement sur de simples principes de mesure physique comme par exemple la mesure de la polarisation (permittivité) du lubrifiant examiné c'est-à-dire en particulier de l'huile ou encore la mesure de la conductivité électrique de l'huile. Pour une exploitation 25 fiable de l'état de l'huile, la connaissance de telles grandeurs seules n'est pas suffisante. Parmi les nombreux paramètres utilisables dans les analyses en laboratoire pour avoir une information fiable concernant l'état de l'huile, il y a la viscosité de l'huile et la teneur acide ou basique 30 de l'huile qui constituent deux caractéristiques essentielles. On ne connaît pas actuellement de procédé permettant la saisie embarquée de la teneur en acide de l'huile d'un moteur. La teneur en acide de l'huile d'un moteur se fait habituellement par le nombre de bases total (TBN) et le nombre d'acides total (TAN). Le fait que les composants acides et ba35 siques de l'huile de moteur n'existe pas sous une forme dissoute, com- plique en plus la caractérisation de cette propriété de l'huile. Contrairement à des solutions aqueuses dont on peut déterminer simplement la teneur acide par la valeur du pH, les rapports sont plus difficiles à constater dans les huiles. Comme alternative au procédé de titrage ha5 bituel pour déterminer l'acidité de l'huile d'un moteur en phase liquide, dans lequel il est nécessaire de prélever un échantillon, le dispositif selon l'invention prévoit la détection des combinaisons volatiles comme par exemple acétaldéhyde, acétone, acide acétique ou benzaldéhyde dont la concentration est en liaison avec le nombre de bases total ou le 10 nombre d'acides total et du moins en corrélation général avec l'état de vieillissement de l'huile. Selon l'invention, il est notamment prévu un dispositif pour déterminer l'état de l'huile et qui ne nécessite pas le prélèvement d'échantillons, est simple et économique à fabriquer et peut ainsi être 15 embarqué dans un véhicule. Qu'il soit possible de mesurer les combinaisons volatiles par exemple par chromatographie gazeuse ou spectrographie de masse en laboratoire est certes possible en principe mais ne change pas le fait que cette détermination de l'état de l'huile ne peut en pratique s'appliquer à un véhicule en fonctionnement ou un moteur à 20 combustion interne mais ne peut se faire qu'avec des appareils de mesure volumineux et complexes. La présente invention propose de saisir les composants gazeux volatils d'un liquide à examiner en particulier de l'huile du moteur à l'aide d'un capteur de gaz compact réalisé notamment selon l'invention comme capteur de gaz à semi-conducteur à base 25 d'oxyde de zinc. Il est particulièrement avantageux que le dispositif puisse être utilisé de manière embarquée dans un véhicule. On peut ainsi réaliser une surveillance permanente de l'huile du moteur avec des effets d'accompagnement positifs comme par exemple ne remplacer l'huile que 30 lorsque cela est nécessaire. Il est en outre avantageux que la concentration des composants volatils dépende du nombre de bases total de l'huile. Cela permet à partir de la mesure de la concentration des composants volatils d'une part de conclure au nombre de bases total et dans une autre étape de conclure à l'état de l'huile du moteur. Il est en 35 outre avantageux que le dispositif comporte un capteur à semi- conducteur avec une couche sensible ayant des oxydes métalliques. Cela permet de réaliser le capteur de gaz à semi-conducteur d'une manière particulièrement économique et néanmoins suffisamment sensible pour déterminer les composants volatils gazeux de l'huile du moteur. Il est en outre avantageux que la couche sensible contient des oxydes des métaux Sn, W, Zn, Fe, Mo et/ou Cr avec des additifs de moins d'un pourcent de métaux, et/ou des oxydes métalliques du groupe des métaux Cu, Ni, Mo, Re, Zn, Cr, AI, Ce et/ou Mn et des additifs représentant moins d'un pour-cent des métaux du groupe Ag, 10 Au, Pt et/ou Pd. Cela permet grâce à une conception différente de la couche sensible d'optimiser celle-ci d'une manière particulièrement avantageuse pour diverses situations ou encore de réaliser une couche sensible ayant des applications étendues avec une sensibilité suffisante 15 pour de nombreuses applications de mesure; une telle couche sensible est d'une fabrication particulièrement économique. Il est également avantageux que le dispositif comporte un capteur SAW (capteur à onde acoustique de surface) ou un capteur BAW (capteur à onde de masse) ou encore un capteur à chimiolumines20 cence. Il est ainsi possible avantageusement d'utiliser des principes de capteurs alternatifs pour le capteur selon l'invention ou le dispositif selon l'invention. Il est en outre avantageux que le dispositif comporte une première membrane imperméable à l'huile mais perméable aux compo25 sants volatils. Cela permet avec des moyens simples d'utiliser un capteur de gaz selon l'invention pour déterminer l'état de l'huile. Il est en outre avantageux que les composants volatils soient l'acétaldéhyde, l'acétone, l'acide acétique et/ou la benzaldéhyde. Cela permet un contrôle particulièrement simple à l'aide de la couche 30 sensible selon l'invention. Il est en outre avantageux que le dispositif comporte une chambre à gaz séparée par la première membrane par rapport à la zone contenant l'huile. Cela permet de réaliser un dispositif particulièrement stable pendant toute sa durée d'utilisation car la couche sensible aux gaz n'est pas en contact avec l'huile et ne risque pas d'être encrassée ou détériorée. Il est en outre avantageux que la première membrane soit mouillée par l'huile. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un dispositif représenté dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre un dispositif selon l'invention avec son environ10 nement, - la figure 2 montre un capteur de gaz selon l'invention. Description d'un mode de réalisation La figure 1 montre la disposition de principe du dispositif 1 selon l'invention. Le dispositif 1 comporte un capteur de gaz 20 no15 tamment un capteur de gaz à semi-conducteur selon l'invention et qui sera appelé ci-après capteur de gaz à semi-conducteur 20. Le capteur de gaz 20 est représenté de manière plus détaillée à la figure 2. Le dispositif 1 comporte également une chambre à gaz 30 dans laquelle se trouve le capteur de gaz 20. La chambre à gaz 30 est séparée dans le 20 dispositif 1 selon l'invention d'une zone 40 contenant l'huile par une première membrane 2. Cela signifie que la première membrane 2 est certes perméable au composant volatil portant la référence 12 à la figure 1 et qui existe dans la zone 40 o se trouve l'huile mais cette première membrane 1 est imperméable à l'huile contenue dans le réservoir 25 11 portant la référence 10 à la figure 1. Le réservoir d'huile 11 et notamment la bâche à huile 11 d'un moteur à combustion interne. A l'aide de branchements non représentés sur la bâche à huile 11 on réalise un circuit d'huile indiqué par deux flèches 12 à la figure 1. L'huile est en général mise en circulation par une pompe à huile non représentée 30 dans le circuit d'huile 12. Le circuit d'huile 12 est en général équipé d'un filtre à huile non représenté. L'huile 10 forme dans le réservoir 1 1 notamment une phase liquide et audessus de cette phase liquide une zone dans laquelle il y a par exemple des projections d'huile. Le dispositif 1 selon 35 l'invention se trouve soit comme le montre la figure 1 au-dessus de la phase liquide de l'huile 10, soit aussi en contact direct avec l'huile c'està-dire la première membrane 2 est mouillée par la phase liquide de l'huile 10. La première membrane 12 comme déjà indiqué comporte une couche perméable aux gaz mais imperméable à l'huile 10. Selon 5 l'invention, la première membrane 12 est une membrane de Téflon en particulier oliophobe. Cela permet à l'une ou l'autre des substances indicatrices volatiles comme par exemple l'acétaldéhyde, l'acétone, l'acide acétique, la benzaldéhyde et qui existent comme composants volatils sous forme de substances indicatrices caractéristiques du vieillissement 10 de l'huile et qui arrivent dans la chambre à gaz 30 du dispositif 1. Le capteur de gaz 20 placé également dans la chambre à gaz 30 permet de mesurer la concentration de cette substance indicatrice ou des substances indicatrices. Le capteur de gaz 20 est protégé contre l'huile 10 par la première membrane 2. La chambre à gaz 30 du dispositif 1 doit 15 avoir selon l'invention une possibilité d'accès définie pour l'air. Cette possibilité est indiquée par une flèche et par la référence 3 à la figure 1. Cela est nécessaire selon l'invention car la combustion des substances indicatrices lorsqu'on utilise un capteur à gaz à semi-conducteur consomme en général de l'oxygène. En utilisant un capteur à gaz 20 sous la 20 forme d'un capteur SAW (à onde acoustique de surface) ou un capteur BAW (à onde acoustique de masse) ou encore un capteur à chimioluminescence il n'est pas nécessaire selon l'invention de prévoir une possibilité d'accès pour l'air car ces types de capteurs reposent sur un principe de fonctionnement qui ne consomme pas d'oxygène. Pour ces 25 derniers principes de capteurs il n'y a pas de possibilité d'accès 3 pour l'air et dans la chambre à gaz 30 on aura un équilibre de concentration pour les substances à détecter. Dans une variante du dispositif 1 selon l'invention représentée à la figure 1, on peut mettre la première membrane 2 également en contact direct avec l'huile 10 ou avec la phase li30 quide. Le capteur de gaz 20 selon l'invention peut être réalisé selon différentes techniques. Pour des raisons de cot l'invention prévoit d'utiliser notamment des capteurs à gaz à semi-conducteur 20. Un tel capteur à semi-conducteur 20 est représenté à la figure 2. Ce cap35 teur comprend un support 21, une seconde membrane 22 et une cou- che sensible 25. La couche sensible 25 coopère avec les substances indicatrices 12 arrivant dans la chambre à gaz 30 à travers la première membrane 2. La couche sensible 25 comprend notamment des oxydes métalliques à l'état de poudre frittés selon un procédé de combustion. 5 Selon l'invention, le capteur à gaz 20 a une structure de chauffage 23 et une structure d'électrode 24. A l'aide de la structure chauffante 23, on met la couche sensible 25 à une température élevée qui selon l'invention est de l'ordre de 100 à 400'C. En présence du gaz à détecter ou des substances indicatrices à détecter, la caractéristique mesurable 10 électriquement de la couche sensible 25 du capteur de gaz 20 change. Comme propriétés mesurables électriquement, il y a notamment la résistance, l'impédance ou la capacité de la couche sensible 25. Ces propriétés mesurables électriquement sont mesurées par la structure de l'électrode 24. La structure d'électrode 24 est reliée aux structures de 15 contacts non représentées portées par le capteur semi-conducteur 20. Les signaux électriques de la structure d'électrode 24 peuvent ainsi être transmis à l'unité d'exploitation non représentée à la figure 2. La couche sensible 25 est formée selon l'invention d'oxydes métalliques, des métaux du groupe Sn, W, Zn, Fe, Mo ou Co. 20 La couche sensible 25 comporte notamment des additifs entre autres un pourcentage de métaux et d'oxydes métalliques du groupe des métaux Ci, Ni, Mo, Re, Zn, Cr, Ai, Ce, Mn ainsi que d'autres additifs suivant le pourcentage inférieur à 1 % de métaux nobles du groupe des métaux Ag, Au, Pt, Pd. Les additifs ont selon l'invention en particulier 25 une teneur minimale de 0,0001 %. La matière de base de la couche sensible 25 et les additifs sont choisis en particulier selon l'invention pour que le signal c'est-à-dire la propriété électrique à mesurer telle que par exemple une variation de résistance de la couche sensible 25 du capteur de gaz soit maximale. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif (1) pour déterminer l'état de l'huile (10) notamment l'huile d'un moteur, caractérisé en ce qu' on détermine la concentration de composants volatils (12) de l'huile (10). ) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il est utilisé de façon embarquée dans un véhicule. ) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration de composants volatils (12) dépend du nombre de ba15 ses total de l'huile (10). 4 ) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comprend un capteur à semi-conducteur (20) avec une couche sensi20 ble (25), cette couche (25) ayant des oxydes métalliques. ) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche sensible (25) contient des oxydes des métaux Sn, W, Zn, Fe, 25 Mo et/ou Cr avec des additifs de moins d'un pour-cent de métaux, et/ou des oxydes métalliques du groupe des métaux Cu, Ni, Mo, Re, Zn, Cr, AI, Ce et/ou Mn et des additifs représentant moins d'un pour-cent des métaux du groupe Ag, Au, Pt et/ou Pd. 60) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte un capteur SAW (capteur à onde acoustique de surface) ou un capteur BAW (capteur à onde acoustique de masse) ou encore un capteur à chimioluminescence. 35 7 ) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte une première membrane (2) imperméable à l'huile mais perméable aux composants volatils (12). 8 ) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composants volatils (12) sont l'acétaldéhyde, l'acétone, l'acide acétique et/ou la benzaldéhyde. 10 9 ) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (1) comprend une chambre à gaz (30) séparée par la première membrane (2) de la zone (40) contenant l'huile. 15 ) Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première membrane (2) est mouillée par l'huile (10).