Brevet FR2939692A1 — publié le 20100618

Organe de dépollution associé à un moyen de détermination de température Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne. La présente invention se rapporte plus particulièrement aux organes de dépollution instrumentés de moyens de mesure de température. Arrière-plan technologique Afin de respecter les normes environnementales internationales, la maîtrise des émissions polluantes des moteurs à combustion interne pour véhicules automobiles est nécessaire et des dispositifs de post-traitement des gaz intégrés à la ligne d'échappement sont désormais indispensables. Ces dispositifs de post-traitement des gaz d'échappement sont classiquement associés à des stratégies de dépollution. La gestion de ces stratégies de dépollution telles que, à titre d'exemple, pour un filtre à particules, le respect d'une température minimum pour décider d'une régénération du filtre, pour un catalyseur de réduction catalytique sélective, le respect d'une température minimum pour décider de l'injection d'urée, la protection du dispositif de dépollution à l'encontre d'une surchauffe, etc..., nécessite de connaître précisément la température des gaz d'échappement à un endroit déterminé de la ligne d'échappement ou d'un élément du dispositif. Classiquement, dans l'industrie automobile, les lignes d'échappement et les dispositifs de dépollution sont instrumentés généralement avec des thermocouples. Or, les thermocouples utilisés dans l'industrie automobile ont, en raison de leur coût réduit (de l'ordre de 10 euros) des performances limitées à une plage de température exploitable réduite. En effet, un même thermocouple n'est pas apte à faire une mesure de température précise sur une plage de température s'étendant des basses températures, par exemple de 25 ° à 100 °C, aux hautes températures, par exemple de 400 à 800°C. On connait le document JP2005194935 qui décrit un organe de dépollution disposé sur une ligne d'échappement de moteur à combustion interne comprenant une structure céramique associée à des moyens de détermination d'une température de ladite structure. Les moyens de détermination de température comportent par ailleurs un moyen de détection d'une résistance électrique d'un élément thermorésistant, c'est-à-dire dont la résistance varie avec la température, et des moyens de calcul qui déduisent de la résistance électrique mesurée la température de la structure céramique. Cependant, dans ce document, l'élément thermorésistif est une partie conductrice interne à la structure céramique. Un tel moyen de détermination de température a pour inconvénient de ne pas être adapté aux structures céramique en matériaux qui sont de très mauvais conducteurs électriques tels que la cordiérite, couramment utilisé dans le domaine automobile pour les dispositifs de dépollution. En outre, la liaison de l'élément thermorésistif avec les connecteurs électriques est réalisée au moyen d'une électrode métallique imprimée à la surface de la structure céramique, au niveau des faces d'entrée et de sortie de la structure céramique. Ce moyen de liaison, non seulement est coûteux à mettre en oeuvre, mais aussi la porosité du matériau céramique ne permet pas d'être confiant sur la tenue dans le temps de l'électrode sur la structure céramique. L'invention a pour but de pallier l'inconvénient de l'art antérieur en proposant un organe dépollution associé des moyens de détermination de température adaptés aux structures céramiques, dont l'agencement sur la structure céramique est fiable et économique. L'invention concerne donc un organe de dépollution comprenant une structure céramique associée à des moyens de détermination d'une température de ladite structure comportant une thermorésistance, caractérisé en ce que la thermorésistance est en contact avec la structure céramique et est recouverte et maintenue sur ladite structure par une pastille céramique. Par ailleurs, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'organe de dépollution est obtenu en plaçant la thermorésistance sur la structure céramique, en déposant une pate céramique recouvrant au moins pour partie ladite structure et la thermorésistance et en laissant durcir la pate céramique pour former la pastille céramique. En effet, le fait d'utiliser une pate céramique durcissable pour former la pastille céramique permet de s'affranchir de moyen de collage : la pate en durcissant adhérise naturellement à la structure céramique sur laquelle elle est déposée. D'autre part, l'usage d'une pate céramique initialement flexible permet un modelage aisé de la pastille céramique sur une surface courbe telle qu'une surface cylindrique d'une structure céramique. - la thermorésistance est formée par tout ou partie de la pastille céramique et est munie de connecteurs électriques. En effet dans ce cas, la pastille céramique fait office à la fois de moyen de fixation sur la structure céramique et pout tout ou partie d'organe dont la résistance électrique est sensible et dépendant de la température. - la partie de la pastille céramique formant thermorésistance est obtenue à partir d'une pate céramique conductrice. En effet, de part leur composition chimique, certaines pates céramiques sont naturellement conductrices, avec une résistivité électrique variable avec la température, et peuvent astucieusement être utilisées comme élément thermorésistif. - la partie de la pastille céramique formant thermorésistance est obtenue à partir d'une pate céramique incluant des particules métalliques. En effet, les particules métalliques confèrent à ladite partie de la pastille céramique la propriété thermorésistive nécessaire pour en faire un organe encore plus sensible à la température. - la pastille céramique recouvre la structure céramique sur une surface comprise sensiblement entre 3 millimètres carré et environ un centimètre carré. - la pastille céramique a une épaisseur inférieure à 3 millimètres. Ainsi, l'encombrement de la pastille céramique est avantageusement inférieur à celui d'un capteur de température tel qu'un thermocouple. - l'organe de dépollution comporte un circuit électrique en pont pour la détection de la résistance électrique. En effet, un circuit électrique en pont a pour avantage d'être très sensible à de faibles variations de résistance et donc à de faibles variations de température. Il permet en outre de faire indirectement une mesure de la température sur une plage de température plus étendue que pour un thermocouple classiquement utilisé dans l'industrie automobile. Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une représentation schématique d'un circuit électrique en pont de Wheatstone. - La figure 2 est une représentation schématique d'une ligne d'échappement de moteur à combustion interne doté d'organes de dépollution instrumentés selon l'invention. - La figure 3 est une vue partielle d'une structure céramique sur laquelle est disposé un capteur de température à résistance un premier mode de réalisation de l'invention. - La figure 4 est une vue partielle d'une structure céramique sur laquelle est disposé un capteur de température à résistance un second mode de réalisation de l'invention. - La figure 5 est une vue de face d'une d'entrée de structure céramique et un détail de disposition d'un capteur de température sur la structure céramique selon un troisième mode de réalisation. Description détaillée La figure 1 présente un circuit électrique en pont de Wheatstone 1 reliant quatre conducteurs ohmiques Cl, C2, C3, C4 de résistance électrique respective R1, R2, R3, R4, selon un quadrilatère ABCD. Les points diagonalement opposés B et D sont connectés à une source de courant 2 ayant une tension d'alimentation E et les points diagonalement opposés A et C sont connectés à une sonde de tension 3, tel qu'un voltmètre sensible, pour mesurer une différence de potentiel, UAC entre les points A et C. Dans le circuit électrique en pont de Wheatstone 1 décrit en figure 1, si la résistance électrique R4 du conducteur ohmique C4 est la résistance inconnue à mesurer et R1, R2, R3 sont les résistances connues, non ajustables, des conducteurs ohmiques respectifs Cl, C2, et C3. La différence de potentiel, UAC, relevée par la sonde de tension 3 entre les points A et C est utilisée pour déduire la valeur de la résistance R4 du conducteur ohmique C4, à partir de la relation suivante, qui donne l'équivalent Thévenin du circuit entre les points A et C : R1 R2 UAC =E R4 +R1 ù R3 +R2 Si R1, R2, R3, ainsi que la différence de potentiel, UAC, entre les points A et C, sont connues avec précision, alors la valeur de la résistance R4 peut être mesurée avec précision. Alternativement, dans une variante de conception de pont de Wheatstone, non décrite ici, pour déterminer la résistance électrique R4 du conducteur ohmique C4, R1, et R3 sont des résistances connues non ajustables tandis que, dans cette variante, R2 est une résistance connue et ajustable. Dans ce cas, quand le pont de Wheatstone est dit (1) équilibré, le rapport (R2/R1) est égal au rapport (R4/R3), et la différence de potentiel, UAC, entre les points A et C est nulle. Ainsi, afin de déterminer la valeur de la résistance R4, la résistance R2 est ajustée jusqu'à ce que la différence de potentiel entre les points A et C soit nulle. En pratique toutefois, il est généralement plus rapide de lire une différence de potentiel que d'ajuster une valeur de résistance. Sur la figure 2 est représentée une application de l'invention pour lequel la référence 4 désigne un moteur à combustion interne, de type Diesel ou à allumage par compression pour véhicule automobile. Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée à ce type de moteur et peut s'appliquer également aux moteurs à allumage commandé. Le moteur à combustion interne 4 est doté d'une ligne d'échappement 5 par laquelle sont évacués les gaz d'échappement produits dans le moteur 4. Les gaz d'échappement sont traités en passant successivement par un catalyseur d'oxydation 6, par un catalyseur deNOx 7, puis par un filtre à particules 8. Le catalyseur d'oxydation 6 permet l'élimination des hydrocarbures imbrûlés HC, du monoxyde de carbone CO et l'oxydation d'une partie des oxydes d'azote NO en NO2. Le catalyseur deNOx 7 permet la réduction des oxydes d'azote NOX présents dans les gaz d'échappement. Les organes de dépollution 6, 7, 8 présentés en figure 2 comprennent classiquement une structure céramique 9, 9' et 9" dans laquelle les gaz d'échappement circulent et sont dépollués. Le matériau céramique utilisé pour les structures céramiques 9, 9', 9" de ces organes de dépollution 6, 7, 8 peut être différent d'un organe de dépollution à un autre mais il s'agit le plus souvent de cordiérite. Toutefois, l'invention ne se limite pas à ce type particulier de matériau céramique. A titre indicatif, d'autres matériaux céramiques peuvent être utilisés pour les organes de dépollution tels que : SiC, CeO2, ZrO2, AI2O3. Comme présenté sur la figure 2 et conformément à l'invention, les organes de dépollution sont associés avec des moyens de détermination de température de leur structure céramique 9, 9', 9". Les moyens de détermination de température sont principalement constitués d'un capteur de température à résistance 10, d'un moyen de détection 11 d'une résistance électrique, et de moyens de calcul 12 qui déduisent de la résistance électrique mesurée la température T. Les moyens de calcul 12 peuvent être partie intégrante d'un calculateur de contrôle moteur 13. Pour l'exemple présenté en figure 2, on a représenté des organes de dépollution 6, 7 et 8 instrumentés chacun de deux moyens de détermination de température : un premier moyen sensiblement du coté de la structure céramique par lequel entre les gaz d'échappement et un second moyen sensiblement du coté par lequel sortent les gaz d'échappement. En effet, il peut être intéressant de connaitre les conditions de température de la structure céramique dans ces zones et en déduire par exemple un écart de température entre ces dites zones. En effet, cette information peut être par exemple utile dans le cas où l'on souhaite limiter les gradients thermiques dans les organes de dépollution, pour limiter les dilatations thermiques différentielles. Par capteur de température à résistance 10, on entend un capteur comprenant une thermorésistance dont la valeur de la résistance électrique R varie avec sa température T. Il peut être avantageux de choisir une thermorésistance métallique. En effet, tous les métaux produisent un changement de résistance pour un changement de la température. Les métaux les plus communément utilisés pour les capteurs de température à résistance sont le platine, le nickel, ou les alliages de nickel. Avantageusement, le moyen de détection de la résistance comprend un circuit électrique en pont, tel qu'un circuit en pont de Wheatstone présenté en figure 1. En effet, un pont de Wheatstone est un circuit électrique apte à détecter de petites variations de résistance électrique et à opérer une détection sur une large plage de valeur de résistance R. Ainsi, à une température T vue par le capteur 10, la résistance R de la thermistance induit une tension Uac, d'après la relation (1). Le moyen de calcul 12 peut alors, au moyen d'une relation analytique ou encore d'une table de calibrage entre la température T et la tension Uac déduire ladite température T. 25 Grâce à la sensibilité du pont de Wheatstone et en utilisant une thermorésistance dont la relation entre sa résistance électrique R et sa température T est connue sur une plage de température déterminée, on compose ainsi un dispositif apte à déterminer précisément une température quelconque comprise dans une plage s'étendant des basses 30 températures aux hautes températures. Par basse températures, on entend les niveaux de températures minimum vus par les organes de dépollution quand le moteur est froid et arrêté, c'est-à-dire par exemple l'équivalent des températures du milieu ambiant. Par hautes températures, on entend ici les niveaux de températures maximum vus par les organes de dépollution 6, 7, 8 lors d'un fonctionnement par exemple du moteur chaud, 35 plein régime et pleine charge ou encore les niveaux de températures maximum acceptables par une structure céramique.20 Sur la figure 3 est présenté une portion de structure céramique 9 sur laquelle est disposé un capteur de température à résistance 10. Selon ce premier mode de réalisation de l'invention, le capteur 10 comprend une thermorésistance 14 reliant les connecteurs électriques 15, 15' au moyen de détection de résistance 11, non représenté sur la figure 3. De plus, la thermorésistance 14 est constituée d'un conducteur métallique tel qu'un fil métallique, à titre d'exemple, un fil de platine ou de nickel. Les connecteurs électriques 15, 15' peuvent être reliés à la thermorésistance 14 par soudure. Avantageusement le capteur 10 comprend aussi une pastille céramique 16 qui couvre la thermorésistance 14 et la maintient sur la surface S de la structure céramique 9. Dans ce premier mode de réalisation la pastille céramique 16 a aussi une fonction de protection, contre la corrosion par exemple, de la thermistance 14 avec l'environnement extérieur. De préférence la pastille céramique 16 est d'une épaisseur e mince qui peut être de l'ordre de quelques millimètres, avantageusement inférieure à 3 millimètres, par exemple de 1 à 2 mm. De préférence aussi, la pastille céramique 16 est obtenue en déposant une pate céramique à la surface S de la structure céramique 9 qui épouse ladite surface et qui, en durcissant forme la pastille céramique 16. En effet, cette pate céramique en durcissant fait office de moyen de collage avec, comme avantage supplémentaire, un contact céramique contre céramique favorisant l'adhérence. Un exemple de céramique bien adaptée à cette adhérence est la pate céramique Durabond 954 qui contient des particules d'acier inoxydable pour la rendre conductrice. En termes de dimension, la surface Sp de la pastille de céramique 16 est supérieure à la surface minimum nécessaire pour assurer un accrochage fiable de la pastille céramique 16 sur la surface S de la structure céramique 9. A titre d'exemple, la surface Sp de la pastille céramique 16 peut être de l'ordre d'un centimètre carré. L'important est de recouvrir la thermorésistance 14 et de maintenir un bon contact avec la surface S de la structure céramique 9. Sur la figure 4 est présenté une portion de structure céramique 9 sur laquelle est disposé un capteur de température à résistance 10 selon un second mode de réalisation de l'invention. Ce second mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation par le fait que la thermistance 14' est constituée ici d'une charge métallique incluse dans la pate céramique. La charge métallique peut être sous forme de poudre métallique L'inclusion de la charge métallique rend la pastille céramique 16 conductrice et lui confère une résistance électrique R dont la valeur est susceptible de varier avec la température T. Les particules métalliques peuvent être des particules d'alliages ferreux tels qu'un acier ou un acier inoxydable mais tout autre métal ou alliage métallique apte à être en phase solide aux conditions de température vus par l'organe de dépollution 9 et d'avoir une résistance électrique R dépendante de la température peut convenir. Dans ce second mode de réalisation, les connecteurs électriques 15, 15', dont les extrémités ont été insérées préalablement dans la pate céramique sont, après durcissement de la pate céramique, pris dans la pastille céramique 16. Dans ce mode de réalisation la thermistance 14' est formée par toute la pastille céramique 16. Dans ce second mode de réalisation, la pastille céramique 16 représente un moyen qui combine avantageusement les fonctions de connexion avec les connecteurs électriques 15, 15', de collage avec la surface S de la structure céramique 9 et détection de température. En termes de dimension, la pastille céramique 16 est d'une épaisseur e mince qui peut être de l'ordre de quelques millimètres, avantageusement inférieure à 3 millimètres, par exemple de 1 à 2 mm. La surface Sp de la pastille de céramique 16 est comprise entre d'une part, une surface minimum nécessaire pour assurer un accrochage fiable de la pastille céramique 16 sur la partie de la surface S de la structure céramique 9 et d'autre part, par une surface maximum qui conditionne la valeur de la résistance R de la pastille céramique. En effet, la valeur de la résistance R à une température T déterminée est proportionnelle au volume de la pastille céramique 16. A titre d'exemple, la surface Sp de la pastille céramique 16 peut être de l'ordre de quelques millimètres carré à environ un centimètre carré. Dans une variante non représentée, la thermorésistance 14' peut également être formée que par une partie seulement de la pastille céramique 16. Cette partie peut se présenter par exemple sous la forme d'une couche thermorésistive, le reste de la pastille faisant office de protection de la partie formant thermorésistance. Sur la figure 5 est présentée une vue de face d'une structure céramique 9. Cette vue de face peut correspondre indifféremment au coté de la structure céramique par lequel entre les gaz d'échappement ou au coté par lequel sortent les gaz d'échappement. La structure céramique 9 présente une surface apparente, S', à travers laquelle passe les gaz d'échappement. La structure céramique 9 présente des canaux parallèles 17 fermés en quinconce par des bouchons céramiques 18. Dans ce troisième mode de réalisation, le capteur de température à résistance 10 est disposé sur la structure céramique au niveau de la surface S'. Selon ce troisième mode de réalisation, la pastille de céramique 16 est composée d'une pate céramique, contenant une thermistance 14' constituée d'une charge métallique. En durcissant, la pate céramique adhère aux bouchons 18. La pate céramique peut aussi pénétrer l'intérieur des canaux 17, comme illustré sur la figure 5, pour améliorer l'accrochage de la pastille céramique 16 à la surface de la structure céramique 9 après durcissement de la pate céramique. Le positionnement précis du capteur de température à résistance 10 sur la surface S', par exemple vers le centre ou vers la périphérie, n'est pas important pour l'invention : elle reste à déterminer par l'homme du métier en fonction de son cahier des charge. Par ailleurs, La pastille céramique 16 peut être très poreuse. En effet une céramique très poreuse, typiquement avec une porosité supérieure à 60%, n'empêchera pas totalement le passage des gaz d'échappement dans les canaux 17. En terme de dimension, la surface Sp' de la pastille de céramique 16 faisant face au passage des gaz d'échappement est comprise entre d'une part, une surface minimum nécessaire pour assurer un accrochage fiable de la pastille céramique 16 sur la partie de la surface S' de la structure céramique 9 et d'autre part, par une surface maximum dans la limite d'un niveau acceptable d'obstruction au passage des gaz d'échappement dans la structure céramique 9. A titre d'exemple, la surface Sp' de la pastille céramique 16 peut être de l'ordre de quelques millimètres carré à environ un centimètre carré. Ces modes de réalisation décrits aux figures 2 à 5 ne sont aucunement limitatifs. Dans une variante non représentée, la pate céramique utilisée pour former la pastille céramique 16 est, par sa formulation chimique, naturellement conductrice, avec une résistivité électrique variable avec la température, sans nécessiter l'ajout de particules métalliques. A titre d'exemple, une céramique industrielle à haute teneur en alumine (> 99%) a une résistivité électrique qui varie de 1014 Q.m à 20°C à 108 4.m pour 600°C, soit une variation de résistivité d'un facteur 106. Une telle variation de résistance pourra être détectée par un circuit électrique en pont de Wheatstone. A titre indicatif, des matériaux céramiques à base de : SiC, AI2O3, ZrO2, CeO2, MnO, NiO, Si3N4, MoSi2, peuvent aussi être utilisés. Le circuit électrique en pont de Wheatstone 1 tel que décrit en figure 1 n'est pas limitatif, il n'est un agencement particulier parmi les variantes de circuits électriques en pont. Par ce dispositif, on peut ainsi s'affranchir d'instrumenter les organes de dépollution 6, 7, 8 avec des capteurs de température tels que des thermocouples dont la plage de mesure35 en température est moins étendue (de l'ordre de 200 à 300 °C) et dont l'espace requis (de l'ordre de 2 cm de diamètre) pour l'implantation est supérieur à celui requis pour l'installation du capteur de température 10 selon l'invention. Ce dispositif a pour avantage supplémentaire d'être plus économique qu'un thermocouple utilisé dans l'industrie automobile sur véhicule. Revendications1. Organe de dépollution comprenant une structure céramique (9, 9', 9") associée à des moyens de détermination d'une température de ladite structure comportant une thermorésistance (14, 14'), caractérisé en ce que la thermorésistance (14, 14') est en contact avec la structure céramique (9, 9', 9") et est recouverte et maintenue sur ladite structure par une pastille céramique (16). 2. Organe de dépollution selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de dépollution est obtenu en plaçant la thermorésistance (14, 14') sur la structure céramique (9, 9', 9"), en déposant une pate céramique recouvrant au moins pour partie ladite structure et la thermorésistance (14, 14') et en laissant durcir la pate céramique pour former la pastille céramique (16). 3. Organe de dépollution selon la revendication 2, caractérisé en ce que la thermorésistance (14') est formée par tout ou partie de la pastille céramique (16) et est munie de connecteurs électriques (15, 15'). 4. Organe de dépollution selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie de la pastille céramique (16) formant thermorésistance (14') est obtenue à partir d'une pate céramique conductrice. 5. Organe de dépollution selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pate céramique conductrice comporte des particules métalliques. 6. Organe de dépollution selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la pastille céramique (16) recouvre la structure céramique (9, 9', 9") sur une surface (Sp, Sp') comprise sensiblement entre 3 millimètres carré et environ un centimètre carré. 7. Organe de dépollution selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la pastille céramique (16) a une épaisseur (e) inférieure à 3 millimètres. 8. Organe de dépollution selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit électrique en pont pour la détection de la résistance électrique (R).