Brevet FR2951499A1 — publié le 20110422

PROCÉDÉ D'ÉVALUATION DE L'ÉTAT D'UN CAPTEUR DE SUIE DANS UN VÉHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne un procédé d'évaluation de l'état d'un capteur de suie dans un véhicule automobile doté d'un moteur à combustion interne, le capteur de suie détectant le chargement d'un courant de gaz d'échappement du moteur à combustion interne en particules de suie et étant relié électriquement à cet effet à un circuit d'évaluation fixement installé dans le véhicule automobile, le circuit d'évaluation détectant et évaluant une conductibilité entre au moins deux électrodes de mesure du capteur de suie. La présente invention concerne en outre un capteur de suie qui fonctionne avec ce procédé. La concentration de l'atmosphère en substances nocives issues des gaz d'échappement fait actuellement l'objet d'un grand débat. A cela est lié le fait que la disponibilité des ressources énergétiques fossiles est limitée. En réaction à cela, des processus de combustion par exemple dans des moteurs à combustion interne sont optimisés de manière thermodynamique de sorte à améliorer leur rendement. Dans le domaine des véhicules automobiles, cela se répercute en l'utilisation croissante de moteurs diesel. L'inconvénient de cette technique de combustion est toutefois, par rapport aux moteurs à étincelles optimisés, une nette augmentation des rejets de suie. La suie est très cancérogène particulièrement en raison de la fixation d'aromatiques polycycliques, ce à quoi ont déjà été réagi différents règlements. Par exemple des normes d'émission des gaz d'échappement avec des limites supérieures pour l'émission de suie ont été édictées. Par conséquent, il est nécessaire d'indiquer des capteurs économiques qui mesurent de manière fiable la teneur en suie du courant de gaz d'échappement de véhicules automobiles. L'utilisation de tels capteurs de suie sert à mesurer la suie rejetée actuellement afin de faire parvenir des informations à la gestion du moteur d'une automobile dans une situation de conduite actuelle en vue de réduire les valeurs d'émission grâce à des adaptations techniques en matière de régulation. En outre, une épuration active des gaz d'échappement par le filtre de suie d'échappement peut être amorcée à l'aide des capteurs de suie ou un recyclage des gaz d'échappement au moteur à combustion interne peut être effectué. Dans le cas du filtrage des suies, des filtres régénérables sont utilisés, lesquels filtrent une part essentielle de la teneur en suie des gaz d'échappement. Des capteurs de suie sont nécessaires pour la détection de la suie afin de surveiller le fonctionnement des filtres de suie ou de commander leurs cycles de régénération. En outre, un capteur de suie peut être monté en amont et/ou en aval du filtre de suie qui est aussi appelé filtre à particules diesel. Le capteur monté en amont du filtre à particules diesel sert à augmenter la sécurité du système et à assurer un fonctionnement du filtre à particules diesel dans des conditions optimales. Etant donné que cela dépend dans une large mesure de la masse de suie stockée dans le filtre à particules diesel, une mesure précise de la concentration en particules de suie avant le système de filtre à particules diesel, en particulier la détection d'une concentration en particules élevée avant ce filtre à particules diesel, revêt une grande importance. Un capteur monté en aval du filtre à particules diesel permet d'entreprendre un diagnostic propre au véhicule et sert de plus à assurer le fonctionnement correct de l'installation de retraitement des gaz d'échappement. L'état de la technique indique différentes approches de détection de la suie. Une approche suivie en outre en laboratoire consiste à utiliser la diffusion de la lumière par les particules de suie. Cette procédure convient aux appareils de mesure complexes. S'il est tenté de l'utiliser aussi comme système de capteur mobile dans les gaz d'échappement, il faut constater que des approches de réalisation d'un capteur optique dans un véhicule automobile sont liées à des coûts élevés. En outre, des problèmes non résolus subsistent en ce qui concerne la salissure des fenêtres optiques nécessaires par des gaz de combustion. Actuellement, des capteurs pour des particules conductrices sont connus, pour lesquels deux ou plusieurs électrodes métalliques sont prévues, lesquelles présentent des électrodes s'engageant comme un peigne. Des particules de suie qui se déposent sur ces structures de capteurs, court-circuitent les électrodes et modifient ainsi l'impédance de la structure d'électrodes. Avec une concentration croissante en particules sur la surface de capteur, une résistance décroissante ou un courant croissant peut être mesuré de cette manière pour une tension constante appliquée entre les électrodes. Un tel capteur de suie est divulgué par exemple dans le document DE 10 2004 028 997 Al. Les valeurs de mesure détectées par le capteur de suie peuvent se modifier toutefois pendant la durée de vie du capteur de suie. Cela peut être effectué par exemple par le dépôt de cendres sur la structure d'électrodes de mesure ou par une sensibilité croisée à la température modifiée de la suie. Par conséquent, une évaluation de l'état du capteur de suie pendant sa durée de vie entière est nécessaire étant donné que sans cette évaluation de l'état, il résulterait de plus en plus des valeurs de mesure faussées. Le document EP 1 624 166 B1 divulgue un procédé d'évaluation de l'état d'un capteur de particules, pour lequel le chargement d'un courant de gaz d'échappement en particules de suie est détecté, dans lequel est détectée la conductibilité entre deux électrodes d'un capteur de particules soumis au courant de gaz d'échappement. Le capteur de particules est chauffé temporairement à cet effet, les particules de suie fixées sur le capteur de particules étant brûlées. Pendant le chauffage, la conductibilité est détectée entre les électrodes du capteur de particules et utilisée pour l'évaluation de l'état du capteur de particules. Cela entraîne toutefois souvent des valeurs de mesure fortement dispersives, étant donné que la conductibilité électrique du capteur de suie est un tenseur d'ordre deux (dyade), donc une valeur multidimensionnelle très complexe. La présente invention a par conséquent pour objectif d'indiquer un procédé d'évaluation de l'état d'un capteur de suie, avec lequel des valeurs de mesure très précises pour la conductibilité peuvent être détectées entre au moins deux électrodes de mesure du capteur de suie. L'objectif est atteint par les caractéristiques suivantes. Le capteur de suie est chauffé avec des impulsions de courant de chauffage et la conductibilité électrique entre les électrodes de mesure est détectée exclusivement aux moments entre les impulsions de courant de chauffage, la température du capteur de suie étant presque constante pendant la détection de la conductibilité électrique. Du fait que le capteur de suie est chauffé avec des impulsions de courant et la conductibilité entre les électrodes de mesure est détectée à des moments entre les impulsions de courant, la température du capteur de suie étant presque constante pendant la détection de la conductibilité, la complexité du tenseur (dyade) de la conductibilité électrique du capteur de suie est réduite, une valeur avec une dimensionnalité plus petite pour le tenseur étant atteinte. Dans le cas spécial d'un milieu homogène (indépendant du lieu), isotrope (indépendant du sens) et linéaire (indépendant de la grandeur de champ), la conductibilité électrique est un scalaire, c'est-à-dire une valeur à une dimension. Seulement dans ce cas simple, la conduction de courant dans la section mesurée est par conséquent effectuée proportionnellement et dans le même sens que le champ électrique causant la conduction de courant. Etant donné que la conductibilité entre les électrodes de mesure est détectée à des moments entre les impulsions de courant, aucun champ électrique faussant les valeurs de mesure du courant de chauffage n'existe. Ainsi, le procédé proposé fournit des valeurs de mesure très précises pour la conductibilité entre au moins deux électrodes de mesure du capteur de suie. Par la suite, la présente invention est expliquée en référence aux dessins joints à l'aide d'un mode de réalisation préféré. Ce mode de réalisation comporte un capteur de suie destiné à être utilisé dans un véhicule automobile. Les figures des dessins représentent : figure 1 : un capteur de suie, figure 2 : le fonctionnement du capteur de suie, figure 3: le circuit d'évaluation fixement installé dans un véhicule automobile pour l'évaluation de l'état propre au véhicule du capteur de suie, figure 4 : un véhicule automobile doté d'un moteur à combustion interne, figure 5 : une représentation schématique du procédé selon l'invention. La figure 1 présente un capteur de suie 10 qui est constitué d'un corps moulé 1, d'un élément de chauffe non représenté ici ainsi que d'une structure composée d'électrodes de mesure 3. Le corps moulé 1 peut être fabriqué en un matériau céramique ou en un autre matériau qui présente des propriétés d'isolation électrique et maintient sans problème la température de combustion des suies. Afin de retirer par combustion la suie du capteur de suie 10, ce dernier est typiquement chauffé à l'aide d'un chauffage à résistance électrique à des températures comprises entre 500 et 800 °C. Le corps moulé 1 à isolation électrique doit supporter ces températures sans endommagement. La structure des électrodes de mesure 3 est réalisée ici à titre d'exemple comme une structure en peigne, entre deux électrodes de mesure ressortant toujours une zone à isolation électrique du corps moulé 1. Le flux de courant entre les structures d'électrodes est mesuré à l'aide d'un élément de mesure de courant 7. Tant que le capteur de suie 10 est complètement exempt de particules de suie 4, aucun courant continu ne pourra être mesuré par l'élément de mesure de courant 7 étant donné qu'entre les électrodes de mesure 3, une zone du corps moulé 1 est toujours présente, laquelle agit de manière à isoler électriquement et laquelle n'est pas pontée par des particules de suie 4. En outre, la figure 1 montre un capteur de température 11 comme constituant du capteur de suie 10 avec une électronique d'évaluation de température 12 qui sert à surveiller la température régnant dans le capteur de suie 10 avant tout lors de la combustion du chargement en suie sur le capteur de suie 10. La figure 2 montre le fonctionnement du capteur de suie 10. Le capteur de suie 10 est ici disposé dans un tuyau d'échappement 5 que traverse un courant de gaz d'échappement 6 chargé en particules de suie 4. Le courant de gaz d'échappement 6 peut aussi contenir encore d'autres constituants tels que de l'eau 23, des hydrocarbures 24, de l'huile moteur et/ou des parts de cendres provenant d'additifs brûlés. Ces constituants peuvent se déposer sur la structure d'électrodes du capteur de suie 10 et fausser au cours du temps la courbe caractéristique courant/suie du capteur de suie. C'est pourquoi, une évaluation de l'état permanente du capteur de suie 19 dans le véhicule automobile 15 est nécessaire. Le sens de passage du courant de gaz d'échappement 6 est indiqué par la flèche. L'objectif du capteur de suie 10 est de mesurer la concentration en particules de suie 4 dans le courant de gaz d'échappement 6. A cet effet, le capteur de suie 10 est disposé dans le tuyau d'échappement 5 de sorte que la structure composée des électrodes de mesure 3 soit tournée vers le courant de gaz d'échappement 6 et ainsi des particules de suie 4. A partir du courant d'échappement 6, des particules de suie 4 se déposent non seulement sur les électrodes de mesure 3 mais aussi dans les espaces intermédiaires entre les électrodes de mesure 3 sur les zones d'isolation du corps moulé 1. Si des particules de suie 4 se sont suffisamment déposées sur les zones isolantes entre les électrodes de mesure 3, un courant continu passera entre les électrodes de mesure 3 en raison de la conductibilité des particules de suie 4, lequel peut être détecté par l'élément de mesure de courant 7. Les particules de suie pontent ainsi les espaces intermédiaires à isolation électrique entre les électrodes de mesure 3. De cette manière, le chargement du courant de gaz d'échappement 6 en particules de suie 4 peut être mesuré avec le capteur de suie 10 représenté ici. De plus, la figure 2 montre sur le capteur de suie 10 l'élément de chauffe 2 qui peut être alimenté en courant électrique avec le circuit de chauffage 13 de l'alimentation en courant de chauffage 8. Afin de chauffer le capteur de suie 10 à la température de combustion des particules de suie 4, le commutateur de courant de chauffage 9 est toujours refermé et ouvert, ce qui permet de chauffer l'élément de chauffe 2 et ainsi le capteur de suie entier 10. Ce courant pulsé est généré aux moments tl à t,,. En outre, le commutateur de courant de chauffage est avantageusement réalisé comme un commutateur électronique. En outre, un capteur de température 11 est intégré dans le capteur de suie 10, lequel surveille à l'aide de l'électronique d'évaluation de température 12 le processus de chauffage du capteur de suie 10 et ainsi le processus de combustion des particules de suie 4. L'élément de chauffe 2 électrique peut être réalisé de sorte à pouvoir être utilisé en même temps comme sonde de température 11. L'élément de mesure du courant 7, l'électronique d'évaluation de la température 12 ainsi que le commutateur de courant de chauffage 9 sont représentés ici de manière exemplaire comme composants discrets, naturellement ces composants peuvent faire partie d'un circuit microélectronique qui est intégré par exemple dans un appareil de commande pour le capteur de suie 10. En outre, un appareil de mesure de tension peut être reconnu, lequel peut aussi être un constituant du circuit microélectronique. La conductibilité électrique K ne peut pas être directement mesurée mais est le plus souvent déterminée à l'aide de mesures de transport du courant I, de la tension qui diminue U et de la géométrie d'échantillonnage de manière analogue à la résistance spécifique. Selon la géométrie d'échantillonnage, différents procédés peuvent être utilisés : le procédé standard de mesure d'une couche homogène à grande surface est la mesure à quatre points qui est avant tout appliquée dans l'industrie des semi-conducteurs. Si la couche est en revanche petite et présente une forme quelconque, la conductibilité peut être déterminée avec la méthode de mesure Van der Pauw. Pour un conducteur long de section connue A, la conductibilité peut être déterminée à l'aide de la mesure à quatre fils et de la formule suivante : K = (I*1) / (U*A) Dans celle-ci, K est la conductance électrique, I le courant traversant le conducteur, U la chute de tension dans le conducteur, A la section du conducteur et 1 la distance entre les deux contacts de mesure. La conductibilité électrique K est définie comme la constante de 25 proportionnalité entre la densité du courant j et l'intensité du champ E électrique sous la forme générale de la loi d'Ohm : j=K*E La conductibilité électrique K est la valeur inverse de la résistance spécifique. La conductibilité électrique K est aussi désignée par conductivité. La figure 3 montre le circuit d'évaluation 13 fixement installé dans un véhicule automobile 15 pour l'évaluation de l'état propre au véhicule du capteur de suie 10. Le capteur de suie 10 présente une structure d'électrodes de mesure s'engageant les unes dans les autres comme un doigt qui ne présente pas de court-circuit métallique pour un capteur de suie intact 10. Sur et entre les électrodes de mesure 3 se déposent, en mode de mesure du capteur, des particules de suie 4 qui entraînent un flux de courant entre les électrodes de mesure 3 qui sert de mesure pour le chargement en suie du courant de gaz d'échappement. A partir d'une certaine quantité de particules de suie 4 déposées sur les électrodes de mesure 3, une conductibilité maximale est toutefois atteinte par le biais de la couche de suie qui ne peut plus être aussi agrandie en cas d'un autre dépôt de suie. Par conséquent, le capteur de suie 10 devient « aveugle » à partir d'une certaine quantité de particules de suie déposées pour une autre mesure de la concentration en suie dans les gaz d'échappement. Il est maintenant nécessaire de régénérer le capteur de suie 10 par la combustion de la couche de suie sur les électrodes de mesure 3. A cet effet, un courant de chauffage pulsé est conduit par la commutation du commutateur de courant de chauffage 9 de l'alimentation en courant de chauffage 8 à l'élément de chauffe 2. Le capteur de suie 10 est réchauffé de manière contrôlée. Le contrôle du réchauffement du capteur de suie 10 est effectué avec la sonde de température 11 réalisée sur ou dans le capteur de suie 10. La dépendance de la résistance au capteur de suie ou sa conductibilité K de la température sur le capteur de suie 10 peut être reportée par le circuit d'évaluation 13. Cela forme la fonction de conductibilité électrique K du capteur de suie réel 10 par rapport à sa température. La fonction de résistance d'un capteur de suie 10 complètement intact par rapport à sa température peut être enregistrée dans la mémoire électronique 16. Ces fonctions ont décrit les coefficients de température du capteur de suie 10 réel et du capteur de suie complètement intact. Les coefficients de température nettement différents des capteurs de suie intacts et défectueux résultent par exemple des faits que du carbone et ainsi de la suie constituent un thermistor typique et des conducteurs métalliques sont des posistors typiques. La fonction de conductibilité électrique K du capteur de suie 10 par rapport à sa température et ainsi son coefficient de température dépendra essentiellement de l'éventuelle domination d'un processus de conduction métallique ou de la conduction carbone/suie. Il est alors possible de comparer le coefficient de température mesuré à celui du capteur de suie intact 10 et de reconnaître à l'aide de cette comparaison un capteur de suie 10 défectueux. En outre, l'incinération (dépôt de cendre sur les électrodes de mesure) et la sensibilité croisées de suie jouent un rôle décisif pour l'état du capteur de suie 10. Dans le circuit d'évaluation 13 sur le microcontrôleur 20 existe une mémoire électronique 16, dans laquelle la conductibilité électrique K d'un capteur de suie 10 sans défaut est enregistrée en fonction de la température du capteur de suie T. La conductibilité électrique K mesurée du capteur de suie 10 peut être comparée avec la fonction conductibilité électrique/température enregistrée dans la mémoire électronique 16 d'un capteur de suie 10 sans défaut. L'état du capteur de suie 10 peut alors être évalué. Si une erreur devait être détectée sur l'état du capteur de suie 10, un signal d'erreur correspondant peut être envoyé à une gestion de moteur dans le véhicule automobile, selon lequel le conducteur du véhicule automobile est invité à remplacer le capteur de suie 10 et l'erreur est enregistrée dans l'unité de diagnostic embarquée 22 du véhicule automobile. Pour illustrer en général le système entier, un véhicule automobile 15 doté d'un moteur à combustion interne 14 est représenté sur la figure 4. Le moteur à combustion interne 14 évacue le courant de gaz d'échappement 6 qu'il génère par un tuyau d'échappement 5. Celui-ci renferme un capteur de suie 10 qui est relié à un circuit d'évaluation 13 qui peut aussi contenir l'élément de mesure de courant 7. Le circuit d'évaluation 13 décrit en détail sous la figure 3 transmet les signaux de défectuosité du capteur de suie 10 et/ou les connaissances sur d'autres constituants de la suie à l'unité de diagnostic embarquée 22. Non seulement l'élément de mesure de courant 7 et l'élément de mesure de tension 17 pour la mesure de la conductance électrique du courant de gaz d'échappement 6 mais aussi le circuit d'évaluation 13 pour le diagnostic fonctionnel propre au véhicule d'un capteur de suie 10 dans un véhicule automobile 15 peuvent être réalisés sur un même circuit de commutation électronique intégré. Sur la figure 5, le procédé d'évaluation de l'état du capteur de suie 10 est représenté en détail à l'aide de diagrammes. Ici, le capteur de suie 10 est chauffé avec des impulsions de courant de chauffage Pi, P2, P3, P4, P5, ... P; (i signifie un nombre naturel quelconque). Le courant de chauffage est désigné dans le diagramme par IH et les impulsions de courant de chauffage P1 à PS sont disposées sur l'axe du temps t. Avant que la première impulsion de courant de chauffage P1 ne soit envoyée à l'élément de chauffe, un moment to existe, auquel le capteur de suie 10 est en équilibre thermique avec le courant de gaz d'échappement 6 dans le tuyau d'échappement 5. Avec la première impulsion de courant de chauffage P1, le capteur de suie 10 est chauffé à la température Ts1 qui se trouve en équilibre thermique Tso un peu au-dessus de la température. Pendant ce chauffage avec l'impulsion de courant de chauffage Pl, la conductibilité K entre au moins deux électrodes de mesure 3 n'est pas déterminée. Après que la première impulsion de courant de chauffage P1 a été arrêtée, la mesure de conductibilité électrique K entre les électrodes de mesure 3 commence. Le capteur de suie 10 se trouve entre la première impulsion de courant de chauffage P1 et la seconde impulsion de courant de chauffage P2 à une température Ts1 presque constante. Dans le capteur de suie 10 se règle ainsi un équilibre thermique et des influences électrodynamiques provenant des impulsions de courant de chauffage P1 et P2 (et aussi de toutes les autres impulsions de courant de chauffage P;) sont évitées. La complexité du tenseur de la conductibilité électrique K est ainsi minimisée et dans le meilleur cas, le tenseur de conductibilité se réduit à un scalaire. Entre les impulsions de courant de chauffage Pl et P2, plusieurs mesures de conductibilité peuvent être réalisées, ce qui est représenté par les trois points de mesure par la valeur P1 dans le diagramme pour la conductibilité (diagramme supérieur). L'impulsion de courant de chauffage P2 suivante est alors créée et le capteur de suie 10 se réchauffe en passant de la température Tsi à la température TS2. Pendant que la seconde impulsion de courant de chauffage t2 est créée, aucune mesure de conductibilité n'est entreprise. Après l'arrêt de la seconde impulsion de courant de chauffage P2, il se produit de nouveau une période de mesure de la conductibilité K entre les électrodes de mesure 3. Ces mesures peuvent être réalisées jusqu'à ce que la troisième impulsion de courant de chauffage P3 soit activée. Aussi dans la zone autour du moment t2, le capteur de suie 10 est en équilibre thermique à la température TS2 et des influences électrodynamiques provenant du courant de chauffage ne se présentent pas. De nouveau, plusieurs mesures pour la conductibilité électrique K peuvent être entreprises dans la période entre la deuxième et la troisième impulsion de courant de chauffage P3. Avec la troisième, la quatrième, la cinquième et i-ème impulsion de courant de chauffage P3, P4, P5, P;, le capteur de suie 5 est successivement chauffé à la température de combustion Ts; de suie. Des mesures de conductibilité ont lieu exclusivement aux moments ti, t2, t3, t4, ..., t; entre les impulsions de courant de chauffage Pi, P2, P3, P4, ... P;. Ainsi, la température T du capteur de suie 10 est presque constante pendant la détection de la conductibilité électrique K. Toutes les influences négatives résultant de l'augmentation de la température pour les mesures de conductibilité sont exclues ici. Ainsi le procédé proposé ici permet une évaluation de l'état très précise d'un capteur de suie dans un véhicule automobile. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-25 dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé d'évaluation de l'état d'un capteur de suie (10) dans un véhicule automobile (15) doté d'un moteur à combustion interne (14), (10) le chargement d'un courant de gaz d'échappement (6) du moteur à combustion interne (14) en particules de suie (4) étant détecté avec le capteur de suie (10) et le capteur de suie (10) étant relié électriquement à cet effet à un circuit d'évaluation (13) fixement installé dans le véhicule automobile (15), le circuit d'évaluation (13) détectant et évaluant une conductibilité (K) entre au moins deux électrodes de mesure (3) du capteur de suie (10), caractérisé en ce que le capteur de suie (10) est chauffé avec des impulsions de courant de chauffage (PI, P2, P3, P4, P5,...) et la conductibilité électrique (K) entre les électrodes de mesure (3) est détectée exclusivement aux moments (ti, t2, t3, t4, ...) entre les impulsions de courant de chauffage (PI, P2, P3, P4, P5, ...), la température du capteur de suie (10) étant presque constante pendant la détection de la conductibilité électrique (K). 2. Capteur de suie (10) fonctionnant avec le procédé selon la revendication 1.