Brevet FR2871848A1 — publié le 20051223

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de régénération définie d'une surface chargée de suie notamment d'une surface sensible en céramique d'un premier élément de support, selon lequel on brûle les particules de suie accrochées à la surface par une décharge empêchée par un diélectrique (effet DBE) à l'aide d'un dispositif de dé-charge, le dispositif de décharge ayant une première et une seconde électrode de décharge séparées par un diélectrique. L'invention concerne également un dispositif de régénération définie d'une surface chargée de suie notamment d'une surface sensible en céramique d'un premier élément de support pour la mise en oeuvre du procédé. Etat de la technique Les tentatives de réduire l'émission de particules de suie par les moteurs diesel nécessitent une détermination simple de la con-centration des particules de suie dans les gaz d'échappement. Notamment il faut surveiller la teneur en suie en aval d'un filtre à particules diesel (filtre DPF) pendant le fonctionnement. De plus, il est nécessaire de disposer d'un pronostic d'encombrement du filtre à particules diesel pour le contrôle de la régénération, pour avoir une grande sécurité du système. Pour déterminer la concentration en suie dans les gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, on peut installer un capteur équipé d'un dispositif de détection des particules de suie dans la conduite des gaz d'échappement. Selon le document DE-33 04 548-Al, on connaît un capteur qui comporte des électrodes avec des surfaces non conductrices. En fonction de la conductivité ou de la variation de conductivité par les dépôts de suie de la surface de courant de fuite sous tendue entre les électrodes, on déduit la concentration en suie. Ce procédé de mesure correspond à un principe de me-sure par collecte et la surface noircie du capteur doit de temps en temps être dégagée des particules de suie conductrices. Pour régénérer la surface encombrée, il est proposé d'appliquer une autre tension entre les électrodes pour brûler les particules de suie par le passage du courant. Mais un inconvénient du procédé proposé ci-dessus est celui de la contrainte thermique et électrique par exemple le développe- ment d'étincelles entre les électrodes qui endommage les électrodes ellesmêmes et représente en outre un problème de compatibilité électromagnétique (compatibilité EMV) de ce procédé. Il est en outre prévu dans les capteurs ayant une structure à plusieurs couches en matière céramique, d'intégrer un dispositif de chauffage et un élément de mesure de température en technique des couches épaisses pour régénérer la surface du capteur. La régénération se fait alors par simple chauffage au-dessus de la température de combustion de la suie. Toutefois ce procédé a également l'inconvénient de développer des états dans lesquels le dépôt de suie est indéfini et diffi- cile à contrôler à cause du chauffage et du refroidissement du capteur et de son inertie thermique. En particulier pendant la régénération à une température au-dessus de 650 C, la suie ne peut plus se déposer c'est-à- dire que pendant cette phase, le capteur ne peut plus mesurer. Il est ainsi impossible d'avoir une information concernant le taux de dépôt dans la phase de régénération c'est-à-dire que le taux de dépôt sur la surface chauffée du capteur est égale à zéro indépendamment de la concentration effective de particules de suie dans la conduite des gaz d'échappement. En même temps, du fait du procédé présenté ci-dessus, le réglage contrôlé du taux d'enlèvement des parti- cules de suie est plus compliqué. Une autre possibilité de dégager la suie de la surface encrassée consiste à brûler les particules de suie par une décharge à blocage diélectrique (décharge DBE). Par une décharge DBE comme un diélectrique est inter-posé entre les électrodes de décharge, on évite la formation d'une étin- celle ou d'un arc électrique dans le plasma lorsqu'on applique une tension élevée si bien que l'on obtient un plasma non thermique. De façon caractéristique, on excite une décharge DBE par une tension pulsée ou alternative. En variante, les décharges de gaz allumées dans les di- rections opposées réduisent de nouveau la charge du diélectrique avant que celles-ci n'atteignent des valeurs importantes. C'est pourquoi il n'y aura pas d'élévation significative de la température du gaz. Si on fait passer les particules de suie à travers un plasma non thermique, il se forme des radicaux et on déclenche des réac- tions de chimie du plasma à la surface couverte de suie. Les particules de suie sont ainsi oxydées. L'utilisation de la décharge DBE pour nettoyer des surfaces encombrées de suie est un procédé connu en soi. Ainsi par exemple selon le document DE-100 57 862-Cl on connaît un procédé et un dispositif permettant de réduire des émissions de particules contenant du carbone par les moteurs diesel. Selon ce document, on dépose les particules contenues dans les gaz d'échappement à la surface d'un filtre et pour régénérer le filtre, on oxyde les particules déposées. La régénération se fait par des décharges électriques non thermiques des surfaces occupées par les particules. En principe la régénération peut être continue ou cyclique. Dans le cas d'une régénération continue, il est proposé de réguler la puissance moyenne nécessaire du plasma selon la température du filtre, de l'émission de suie ou de la contre pression des gaz d'échappement; dans le cas d'une régénération cyclique on effectue la régulation selon la contre pression des gaz d'échappement et la température du filtre. Le but de ces considérations est de pouvoir utiliser la technique du plasma avec une consommation d'énergie aussi réduite que possible. En particulier il est prévu à cet effet de doper la céramique de filtre par des matières catalytiques. Le document DE-197 17 890-Cl décrit un autre procédé et dispositif pour décomposer la suie avec du plasma. Dans ce cas également on fait réagir les particules de suie séparées par le filtre, avec de l'oxygène selon le principe de la décharge empêchée par un diélectrique. Il est particulièrement prévu au moins une électrode de décharge po- reuse dans le chemin d'écoulement des gaz d'échappement; cette électrode est perméable aux composants gazeux mais fonctionne comme filtre pour les particules de suie et retient ces particules. Ce fonctionnement de l'effet DBE peut se réguler en coupant ou en branchant la tension d'alimentation des électrodes de décharge suivant l'état d'occupation des électrodes par des particules. Cet état se détermine à l'aide d'un capteur. Selon le procédé connu de l'état de la technique, le but est de nettoyer les dépôts diesel c'est-à-dire de décomposer les particu- les de suie contenues dans des gaz d'échappement. Pour cela on installe des filtres dans le chemin d'écoulement des gaz d'échappement pour retenir les particules de suie et les brûler par effet DBE. C'est pourquoi il n'est pas nécessaire selon le procédé décrit ci-dessus de maintenir la surface superficielle dans un état chargé de suie, bien défini. io Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on règle la puissance de l'effet DBE pour produire un taux d'enlèvement de particules de suie supérieur au taux de dépôt de particules sur la surface, et après une durée prédéterminée on coupe l'effet DBE et on détecte le dépôt résiduel de suie à l'aide d'un dispositif de mesure prévu sur la surface. Le procédé selon l'invention pour régénérer de manière définie des surfaces superficielles (appelées ci-après surfaces) chargées de suie notamment des surfaces de capteurs céramiques a l'avantage d'éviter ou du moins de réduire fortement les incon- vénients décrits ci-dessus tels que le vieillissement des électrodes, les difficultés de compatibilités électromagnétiques EMV ou surtout d'éliminer les états indéfinis de dépôt de suie en phase de régénération. Le procédé selon l'invention s'applique notamment pour surveiller un filtre à particules diesel (filtre DPF) installé dans la con- duite des gaz d'échappement d'un moteur diesel, par une surveillance en aval de ce filtre DPF. Suivant d'autres caractéristiques, l'invention concerne un dispositif du type défini ci-dessus, caractérisé par: un dispositif de me-sure pour détecter les particules de suie à la surface; un dispositif de décharge ayant une première et une seconde électrodes de décharge et un diélectrique installé entre les électrodes de décharge pour brûler les particules de suie accrochées à la surface par une décharge empêchée par un diélectrique (effet DBE) ; la puissance de l'effet DBE étant réglée pour avoir un taux d'enlèvement de particules de suie supérieur au taux de dépôt des particules sur la surface. 10 15 20 Suivant une autre caractéristique de ce dispositif, le dispositif de mesure pour la détection des particules de suie sur la surface en matière céramique du premier élément de support est constitué par des électrodes inter-digitées. Suivant une autre caractéristique, le dispositif de mesure est prévu sur le premier élément de support et au moins l'une des deux électrodes de décharge est prévue sur un second élément de support, le premier élément de support présentant sa surface équipée du dispositif de mesure tournée vers le second élément de support. Suivant une autre caractéristique, le dispositif de mesure et les électrodes de décharge sont installés sur un même élément de support. Suivant une autre caractéristique, le dispositif de mesure constitue en même temps l'une des deux électrodes de décharge. Suivant une autre caractéristique, le diélectrique est formé au moins partiellement par le premier et/ ou le second élément de support. Suivant une autre caractéristique, l'électrode de décharge qui est la plus proche du dispositif de mesure est mise à la masse. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre un premier exemple d'un dispositif de régénéra- 25 tion défini de surface chargée de suie à l'aide d'un premier et d'un second élément de support, l'ensemble étant représenté en perspective; - la figure 2 montre un second exemple de réalisation d'un dispositif de régénération défini de surface chargée de suie comportant un 30 premier et un second élément de support, l'ensemble étant repré- senté en perspective; - la figure 3 est un troisième exemple de réalisation d'un dispositif de régénération défini de surface chargée de suie comportant un premier et un second élément de support, l'ensemble étant représenté en perspective. Description des exemples de réalisation Selon la figure 1, un premier exemple de réalisation d'un filtre à particules 5 se compose d'un premier élément de support 10, céramique et d'un second élément de support 15 céramique. Les deux éléments de support 10, 15 sont parallèles en laissant entre elles un intervalle. Le dispositif de mesure 10 servant à détecter les particules de suie est installé sur la surface 30 du premier élément de support 10 en regard du second élément de support 15. De façon avantageuse, le dis- positif de mesure 20 a une structure d'électrodes 25 interdigitées. Lors- que les particules de suie se déposent à la surface du capteur, l'impédance de la structure d'électrodes inter digitées 25 change. Selon l'invention, on régénère la surface 30 chargée de suie par une décharge empêchée par un diélectrique (effet DBE). Pour mettre en oeuvre la décharge DBE 55, il est prévu un dispositif de dé- charge 35 sur le second élément de support 15. Ce dispositif se compose de deux électrodes de décharge 40, 45. La première et la seconde électrodes de décharge 40, 45 sont prévues sur le côté supérieur ou le côté inférieur du second élément de support 15 en céramique de façon à occuper l'espace entre eux avec une partie de l'élément de support 15 servant ainsi de diélectrique 50. Dans l'exemple de réalisation, la première électrode de décharge 40 a une structure analogue à celle d'une antenne composée d'une longue ligne de base électro conductrice avec plusieurs traverses courtes, parallèles, perpendiculaires à la ligne de base. Les électrodes de décharge 40, 45 doivent avoir une géométrie avantageuse car le volume de décharge de l'effet DBE 55 en dépend. Lorsque l'effet DBE 55 est tout d'abord coupé, de la suie se dépose à la fois sur les électrodes de décharge 40, 45 et sur la structure d'électrodes inter digitées 25. Si ensuite on applique une autre tension pulsée ou alternative aux électrodes de décharge 40, 45, il se développe un plasma non thermique. De façon avantageuse, l'électrode de décharge 40 la plus rapprochée du dispositif de mesure 20 est mise à la masse pour éviter un déclenchement prématuré et la formation d'étincelles. L'effet DBE 55 brûle ainsi du côté correspondant à la première électrode de décharge 40. Le volume de décharge ainsi formé par l'effet DBE 55 arrive jusqu'à la surface 30 du dispositif de mesure 20. Selon l'invention on règle la puissance de l'effet DBE 55 pour brûler la suie avec un taux de dégagement défini et connu. Pendant que l'effet DBE 55 brûle, de la suie continue de se déposer comme des essais l'ont confirmé. En conséquence il n'y aura une régénération de la surface 30 chargée de suie que si le taux d'enlèvement est supérieur au taux de dépôt. C'est pourquoi on choisit le taux d'enlèvement par la puissance de l'effet DBE 55 pour que ce taux soit supérieur au taux de dépôt. Après une durée prédéterminée, on coupe l'effet DBE 55 et on détecte le dépôt résiduel de suie à l'aide d'un dispositif de mesure 20 installé sur la surface 30 chargée de suie. Comme l'état de la surface 30 se définit respectivement immédiatement avant et après la phase de régénération à l'aide du dis-positif de mesure 20 et que l'on peut régler le taux d'enlèvement pendant la phase de régénération, il est possible de déterminer le nouveau dépôt produit pendant la phase de régénération. Ainsi ce procédé de ré-génération permet non seulement une régénération totale mais égale-ment une régénération partielle. En outre on ne rencontre pas d'états indéfinis comme ceux des procédés connus car d'une part on saisit la concentration de suie produite pendant la régénération et d'autre part on peut brancher le capteur pour effectuer une mesure directement avant la régénération et inversement. On obtient pratiquement une surveillance permanente par des cycles de régénération et de mesure de durée aussi courte que l'on souhaite. La figure 2 montre un autre mode de réalisation du cap- teur à particules pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. La figure 2 montre, comme dans le premier exemple de réalisation, un capteur à particules 5 composé de deux éléments de support 10, 15. Vis à vis du premier exemple de réalisation, le dispositif de mesure 20 et le dispositif de décharge 35 ne sont pas séparés l'un de l'autre sur deux éléments de support 10, 15 mais ont une forme intégrée: des électrodes inter-digitées 25 servent non seulement comme dispositif de mesure 20 mais également elles constituent la première électrode de décharge 40. La seconde électrode de décharge 45 se trouve alors sur la surface 30 du côté du second élément de support 15 en regard du dispositif de mesure 20; l'électrode de décharge 45 est couverte par une partie du second élément de support 15. On a ainsi un diélectrique 50 entre les électrodes de décharge 40, 45. La masse est avantageusement reliée au dispositif de mesure 20 ou à la première électrode de décharge 40. La figure 3 montre un exemple de l'intégration d'un dis-positif de mesure 20 et d'un dispositif de décharge 35 sur un unique élément de support 15. Le dispositif de mesure 20 ainsi que la première électrode de décharge 40 sont prévus sur la surface 30 de l'élément de support 15 alors que la seconde électrode de décharge 45 est prévue sur l'autre côté de l'élément de support 15. Une partie de l'élément de support 15 constitue le diélectrique 50 entre les électrodes de décharge 40, 45; la masse est reliée avantageusement à la première électrode de dé- charge 40. Dans ce cas également on peut supprimer la première électrode de décharge 40 si le dispositif de mesure assure en outre cette fonction. Globalement les différents exemples de réalisation du dispositif de régénération définie de surfaces chargées de suie ont tous une structure très compacte, de sorte qu'elles peuvent être appliquées non seulement dans la conduite des gaz d'échappement d'un véhicule automobile, mais partout où il est nécessaire ou souhaitable de disposer de moyens peu encombrants pour surveiller une concentration de suie. REVENDICATIONS 1 ) Procédé de régénération définie d'une surface chargée de suie (30) notamment d'une surface sensible en céramique d'un premier élément de support (10), selon lequel on brûle les particules de suie accrochées à la surface (30) par une décharge empêchée par un diélectrique (effet DBE) (55) à l'aide d'un dispositif de décharge (35), le dispositif de décharge (35) ayant une première et une seconde électrode de décharge (40, 45) séparées par un diélectrique (50), caractérisé en ce qu' on règle la puissance de l'effet DBE (55) pour produire un taux d'enlèvement de particules de suie supérieur au taux de dépôt de parti-cules sur la surface (30), et après une durée prédéterminée on coupe l'effet DBE (55) et on détecte le dépôt résiduel de suie à l'aide d'un dispositif de mesure (20) prévu sur la surface (30). 2 ) Dispositif de régénération définie d'une surface chargée de suie (30) notamment d'une surface sensible en céramique d'un premier élément de support (10) pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendica- tion 1, comportant: un dispositif de mesure (20) pour détecter les particules de suie à la surface (30) ; un dispositif de décharge (35) ayant une première et une seconde électrodes de décharge (40, 45) et un diélectrique (50) installé entre les électrodes de décharge (40, 45) pour brûler les particules de suie accrochées à la surface (30) par une décharge empêchée par un di- électrique (effet DBE) (55) ; la puissance de l'effet DBE (55) étant réglée pour avoir un taux d'enlèvement de particules de suie supérieur au taux de dépôt des particules sur la surface (30). 3 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (20) pour la détection des particules de suie sur la surface (30) en matière céramique du premier élément de support (10) est constitué par des électrodes interdigitées (25). 4 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (20) est prévu sur le premier élément de support (10) et au moins l'une des deux électrodes de décharge (40, 45) est pré-vue sur un second élément de support (15), le premier élément de support (10) présentant sa surface (30) équipée du dispositif de mesure (20) tournée vers le second élément de support (15). 5 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (20) et les électrodes de décharge (40, 45) sont installés sur un même élément de support (10). 6 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (20) constitue en même temps l'une des deux électrodes de décharge (40, 45). 7 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diélectrique (50) est formé au moins partiellement par le premier et/ou le second élément de support (10, 15). 8 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrode de décharge (40, 45) qui est la plus proche du dispositif de mesure (20) est mise à la masse.