ET SON PROCEDE DE FABRICATION

La présente invention concerne ie domaine technique de la mesure de îa quantité de suie contenue dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule terrestre, tel qu'une automobile, un camion, etc.

La présente invention concerne plus précisément une sonde adaptée pour mesurer Se dépôt de suie intervenant dans les émissions polluantes en provenance de ces gaz d'échappement automobile.

Compte tenu des contraintes environnementales, il apparaît le besoin de pouvoir quantifier les émissions de particules ou de suie provenant des moteurs thermiques avec une fiabilité et une précision élevées,

Dans l'état de la technique, différentes solutions ont été proposées pour la détection des suies dans les gaz d'échappement.

Par exemple, la demande de brevet FR 2 805 347 décrit un dispositif de mesure comportant une sonde interposée localement dans le flux de gaz d'échappement de manière à capter Ses particuies en circulation. Cette sonde comporte un support diélectrique allongé revêtu par un matériau conducteur électrique formant au moins deux électrodes de détection dont au moins une partie forme une surface de collecte des suies. Les électrodes de détection sont espacées l'une de l'autre par un sillon diélectrique présentant un dessin particulier pour réaliser des électrodes de détection înterdigitées ou non. Les électrodes sont reliées à un système électronique permettant de mesurer la variation de la résistance électrique résultant du dépôt de suie sur le support diélectrique allongé. Ce système électronique comporte des moyens de traitement aptes à évaluer, à partir de la mesure de cette résistance électrique, Se débit des particules transportées par le flux gazeux ou le degré d'encrassement d'un élément filtrant traversé par le flux gazeux transportant les particules. Un système de mesure similaire est décrit par le document DE 10 2005 030134.

La détermination du degré d'encrassement de l'élément filtrant tel qu'un filtre à particules permet de déterminer les moments les mieux appropriés pour déclencher un processus de nettoyage de l'élément filtrant. En effet, afin d'éviter un colmatage de l'élément filtrant, il est prévu périodiquement d'assurer sa régénération par combustion du dépôt de suie.

Cette opération de régénération peut entraîner une détérioration de l 'élément filtrant si en particulier, un excédent de suies s'est accumulé à l'intérieur des alvéoles constituant un tel élément filtrant. Dans ce cas, la régénération des suies peut provoquer une réaction tellement exothermique que le filtre peut se fissurer à cause de contraintes dues à des dilatations différentielles, voire même fondre. Il s'ensuit que l'élément filtrant n'est plus à même d'exercer sa fonction de sorte que des suies fines (proches de 70 nm de diamètre) ne sont plus arrêtées par l'élément filtrant. Afin de détecter une défaillance de l'élément filtrant, il apparaît ie besoin de pouvoir mesurer de manière précise et rapide la concentration de suie dans la veine de gaz en aval du filtre à particules. Une façon de procéder est de mesurer Se dépôt de suie réalisé sur une sonde de mesure disposé dans le fiux des gaz d'échappement, en aval de l'élément filtrant.

Pour favoriser le dépôt des particules de suie, le document DE 10 2006 040351 enseigne de disposer au moins entre les éiectrodes de détection, un matériau favorisant le dépôt des particules de suie pour former une liaison conductrice avec les électrodes. Les particules de suie se déposent sous forme dendritique permettant de raccourcir la distance entre les électrodes.

Dans le même sens, le document DE 10 2010 011639 décrit un capteur de mesure de la quantité de suie déposée entre deux électrodes de détection entre iesquelles est placé un matériau additif pour diminuer la résistance entre Ses électrodes.

De telles solutions nécessitent l'ajout d'un matériau supplémentaire, ce qui rend complexe la fabrication d'un tel capteur et augmente son coût.

La présente invention vise donc à proposer une nouvelle sonde de conception simple et d'un coût réduit et adaptée pour mesurer de manière précise et rapide, la quantité de dépôt de suie déposé sur une surface de collecte placée localement dans le fiux des gaz d'échappement.

Un autre objet de l'invention est de proposer une sonde de mesure adaptée pour présenter des mesures reproductibles. Pour atteindre de tels objectifs, la sonde de mesure de la quantité de suie déposée sur une surface de coiiecte, comporte un support diélectrique allongé revêtu d'une couche d'un matériau conducteur électrique formant au moins deux électrodes de détection dont, au moins une partie forme la surface de coiiecte des suies, les deux éiectrodes étant séparées selon une distance inter-électrodes par l'intermédiaire d'un sillon diélectrique délimité de part et d'autre par des bords du matériau conducteur électrique.

Selon l'invention, les bords du sillon diélectrique sont pourvus d'amas formés du matériau conducteur électrique formant les éiectrodes de détection, ces amas étant localisés et espacés les uns des autres pour servir d'ancrage pour des ponts de suie entre les éiectrodes.

L'objet de l'invention, vise également une sonde de mesure comportant i'une et/ou l'autre des caractéristiques additionnelles suivantes :

- Ses amas localisés s'étendent en saillie par rapport à la surface du matériau conducteur électrique,

- chaque amas possède un diamètre compris entre 0,03 et 0,3 fois ia distance inter-éiectrode,

- les amas sont espacés les uns des autres selon un bord, entre 1 et 10 fois le diamètre des amas,

- les amas sont répartis de manière sensiblement homogène sur chacun des bords du sillon diélectrique,

- les bords du sillon diélectrique sont distants d'une mesure comprise entre 10 et 100 μιη,

- une source de tension reliée aux deux électrodes pour appliquer une tension de polarisation de manière à obtenir localement entre deux amas disposés de part et d'autre du sillon diélectrique, un champ électrique entre 10 ⁶ et 10 ⁸ V/m et de préférence entre 3.10 ⁶ et 1 ,2x10 ⁷ V/m.

Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé de fabrication d'une sonde de mesure conforme à l'invention. Le procédé de fabrication, d'une sonde de mesure conforme à l'invention, consiste à enlever par un faisceau laser selon un sillon, une partie d'un matériau conducteur électrique déposé sur un support diélectrique afin de former deux électrodes de détection de la quantité de suie déposée. Le procédé consiste à choisir un laser avec des caractéristiques déterminées et une vitesse déterminée de déplacement du faisceau laser de manière à créer lors de la réalisation du sillon diélectrique, des amas localisés du matériau conducteur électrique formant ies électrodes de détection, espacés les uns des autres et situés le long des bords du siiion diélectrique.

L'objet de l'invention vise également un procédé de fabrication comportant i'une et/ou l'autre des caractéristiques additionnelles suivantes :

- choisir en tant que caractéristique du laser, !a puissance, fa fréquence et la durée d'impulsion,

- choisir un laser présentant une puissance comprise entre 5 et 15 Watts, une fréquence entre 70 et 80 kHz et une durée d'impulsion entre 2,5 et 8 μs,

- déplacer le faisceau laser avec une vitesse de déplacement comprise entre 50 et 200 mm/s.

Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réaîisation de l'objet de l'invention.

La Figure 1 est une vue de dessus montrant une sonde de mesure conforme à l'invention.

La Figure 2 est une vue en coupe élévation prise sensiblement selon Ses Signes II-II de la figure 1.

Les Figures 3 et 4 sont des vues de dessus à grande échelle montrant la sonde de mesure conforme à l'invention.

Tel que cela ressort plus précisément des Fig. 1 et 2, l'objet de l'invention concerne une sonde 1 adaptée pour mesurer le dépôt de suie sur une surface de collecte 2 placée dans Ses gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicuSe au sens général Cette sonde de mesure 1 se présente sous la forme d'une mince plaquette rectangulaire présentant une partie distaie 3 montée iibre pour être en contact avec les gaz d'échappement et une partie proximale 4 montée sur un support non représenté. De manière classique, cette sonde de mesure est montée à l'intérieur d'un corps tubulaire de protection non représenté mais de tout type connu en sol

La sonde de mesure 1 comporte un support diélectrique allongé 6 réalisé, par exemple, en une matière céramique. La sonde de mesure 1 comporte une première face principale 6 ₁ s'étendant parallèlement è une deuxième face principale opposée 6 ₂ .

Le support diélectrique 6 comporte à la partie distale 3, au moins deux électrodes de détection 9, 10 disposées de manière adjacente ou côte à côte. Dans l'exemple illustré, le support diélectrique allongé 6 comporte une première électrode 9 et une deuxième électrode 10 aménagées sur la première face principale 6 ₁ . Le support diélectrique 6 présente ainsi sur sa première face principale 6 ₁ , la surface de collecte 2 pour les suies dans laquelle sont situées tout ou partie des électrodes de détection 9, 10.

De manière classique, ces électrodes de détection 9, 10 sont reliées à la partie proximale 4 du support diélectrique 6, à un système de connexion non représenté, à l'aide de liaisons électriques 9 ₁ , 10 ₁ aménagées sur la première face principale 61 du support diélectrique 6. Le système de connexion est connecté à un système électronique apte à évaluer la quantité de suie déposée sur la surface de coliecte. Ce système électronique n'est pas décrit précisément car il est bien connu de l'homme du métier, et ne fait pas partie précisément de l'objet de l'invention.

IS est à noter que les électrodes de détection 9, 10, peuvent présenter différentes formes. Par exemple, elfes peuvent être parallèles entre-elles avec des écartements variables ou de forme interdigltée à pas constant ou variable. Dans l'exemple illustré sur les dessins, les électrodes de détection 9, 10 sont interdigitées ou entrecroisées.

Le support diélectrique 6 est revêtu par une couche 11 d'un matériau conducteur électrique formant les électrodes de détection 9, 10. Le matériau conducteur électrique 11 est déposé sur le support diélectrique 6 par tous moyens appropriés tels que par sérigraphie, plasma, CVD, PVD ou jet d'encre. De préférence, le matériau conducteur électrique 11 est un métal réfractaire tel que le palladium, i'or et avantageusement le platine. De préférence, l'épaisseur de la couche du matériau conducteur électrique 11 est comprise entre 5 et 10 pm et avantageusement entre 7 et 10 pm. A titre d'exemple, il a été réalisé une sonde avec une couche de piatine déposée par sérigraphie sur un support diélectrique et présentant une épaisseur de 8 pm.

Les électrodes de détection 9, 10 sont séparées par un espace diélectrique ou un sillon diélectrique 13. Ce sillon diélectrique 13 est délimité de part et d'autre par deux bords 14 du matériau conducteur électrique formant les électrodes de détection 9, 10. Le sillon diélectrique 13 possède une largeur représentée par la référence L sur la Fig. 2 et correspond à fa distance inter-électrodes prise entre les deux bords 14 du matériau conducteur électrique. Par exemple, la largeur du sillon 13 est comprise entre 10 et 100 μm et avantageusement de l'ordre de 15 μm.

Conformément à l'invention, les bords 14 du sillon diélectrique 13 sont pourvus d'amas 16 de matériau conducteur électrique 11, espacés les uns des autres. Te! que cela ressort plus précisément des Ftg. 3 et 4, chaque bord 14 du sillon diélectrique 13 est pourvu ainsi de protubérances ou d'amas 16 de matériau conducteur électrique 11 se présentant sous forme de boules localisées de matière. Ces amas localisés 16 qui sont formés du matériau conducteur électrique 11 formant les électrodes de détection 9, 10 sont attenants ou font corps au matériau conducteur électrique formant les électrodes de détection 9, 10. Les amas 16 et les électrodes de détection 9, 10 sont réalisés par le même matériau, à savoir le matériau conducteur électrique 11. Ces amas 16 s'étendent ainsi à partir des bords 14, à l'intérieur du sillon diélectrique 13 tout en restant séparés Ses uns des autres. Ainsi, les amas 16 situés selon un même bord 14 ne sont pas jointifs et les amas 16 disposés selon un bord 14 sont distants des amas 16 appartenant à l'autre bord 14.

Avantageusement, les amas 16 sont répartis de manière sensiblement homogène sur chacun des bords du sillon 13. En d'autres termes, les amas 16 sont répartis sensiblement régulièrement le long de chaque bord 14 du sillon 13.

Avantageusement, les amas 16 sont espacés les uns des autres selon un bord 14 d'une distance comprise entre 1 et 10 fois le diamètre des amas. Le diamètre des amas 16 correspond à la mesure prise des amas 16 se!on la direction d'extension du sillon 13.

Chaque amas 14 possède un diamètre compris entre 0,03 et 0,3 fois la distance inter-électrode L. De manière arbitraire, la distance inter-électrode L correspond à la largeur ou à la distance moyenne entre les bords 14 du si!Son 13. Dans le cas où la distance inter-électrode L est égale à 15 prn, alors les amas 16 possèdent un diamètre compris entre 0,45 pm et 4,5μm. Avantageusement les amas 14 possèdent des diamètres sensiblement de même valeur. Il s'ensuit que les mesures réalisées sont peu dispersées, Avantageusement, !es amas 16 s'étendent en saillie par rapport à la surface supérieure de la couche de matériau conducteur électrique 11.

La présence des amas 16 sur les bords 14 des électrodes de détection 9, 10 permet une meilleure accroche des suies entre les électrodes de détection 9, 10. Il se forme ainsi des ponts de suie 18 entre les bords 14 du sillon 13, à partir des amas 16. Les suies sous forme de filaments viennent s'ancrer sur chacun des amas 16 en vis-à- vis de sorte qu'un pont de suie se crée entre les amas servant d'ancrage. Les amas 16 favorisent ainsi la formation de ponts de suie qui se forment rapidement et de manière homogène.

Selon une autre caractéristique de Slnvention, les amas 16 sont réalisés lors de la réalisation du sillon 13 par l'intermédiaire d'un faisceau laser. En d'autres termes, les amas 16 sont obtenus sans l'ajout de matériau supplémentaire. Il doit être considéré que le faisceau laser est déplacé pour suivre un trajet correspondant au dessin souhaité pour les électrodes de détection 9, 10. Lors de son trajet, le faisceau laser enlève le matériau conducteur électrique il selon toute son épaisseur de manière à mettre à nu le support diélectrique 6 et à créer l'espace diélectrique 13.

Le procédé de fabrication de la sonde de mesure 1 seion l'invention, consiste ainsi à choisir un laser avec des caractéristiques déterminées et une vitesse déterminée de déplacement du faisceau laser de manière à créer lors de la réalisation du sillon diélectrique 13, les amas 16. Lors de l'ablation de la couche de matériau conducteur électrique 11 pour réaliser le sillon diélectrique 13, une partie du matériau conducteur électrique 11 est sublimée tandis qu'une autre partie rentre en fusion. Le liquide alors produit, se so!idifie sur tes bords 14 des électrodes de détection 9, 10 pour former les amas solides 16 de matériau conducteur électrique.

Le procédé consiste à choisir en tant que caractéristique du laser, la puissance, ia fréquence et fa durée dimpuision.

Le procédé consiste è choisir un laser présentant une puissance comprise entre 5 et 15 Watts, une fréquence entre 70 et 80 kHz et une durée d'impulsion entre 2,5 et 8 ps. A titre d'exemple, le diamètre du faisceau laser est compris entre 15 et 20 μm à la distance focale.

Avantageusement, le faisceau îaser est déplacé avec une vitesse comprise entre 50 et 200 mm/s.

A titre d'exemple, pour un dépôt de platine de 10 pm d'épaisseur, réalisé par sérigraphie d'une encre n°9141 commercialisée par îa société Dupont, les paramètres d'un faisceau laser sont les suivants :

- Puissance : 7 W

- Vitesse : 50 mm/s

- Fréquence : 80 KHz

- Durée d'impulsion : 4 ps.

Il ressort de la description qui précède que la sonde de mesure 1 selon l'invention permet de créer des ponts de suie entre îes électrodes de détection 9, 10 contribuant à abaisser la résistance mesurable. Plus le nombre de ponts de suie entre Ses électrodes est élevé, plus la résistance mesurée est basse.

La sonde de mesure 1 est réalisée de manière que les ponts de suie 18 entre Ses électrodes de détection 9, 10 se forment rapidement afin de disposer d'une mesure rapide. A cet égard, une faible distance inter-électrode L favorise la formation des ponts de suie entre les électrodes de détection 9, 10. De même, îes amas 16 sont créés en nombre important car plus le nombre de ponts de suie est important, pîus la mesure de la quantité de suie est rapide. Les amas 16 sont créés de manière homogène car plus les ponts de suie se forment de manière homogène, pius îa mesure de la quantité de suie est répétable. De préférence, les électrodes de détection 9, 10, présentent une longueur importante afin d'augmenter la longueur d'accroché des ponts de suie 18, ce qui favorise la formation d'un grand nombre de ponts de façon homogène permettant une mesure répétable.

Il est à noter que la tension de polarisation appliquée aux bornes des électrodes de détection 9, 10 est telle, qu'en fonction de la distance inter-électrode, le champ électrique créé entre les deux électrodes de détection 9, 10 favorise le dépôt des suies entre les amas 16 qui par leur effet de pointe augmente le champ électrique au niveau des amas 16, A cet égard, une source de tension reliée aux deux électrodes 9, 10 pour appliquer une tension de polarisation de manière à obtenir locaiement entre deux amas 16 disposés de part et d'autre du sîilon diélectrique 13, un champ électrique entre 10 ⁶ et 10 ⁸ V/m et de préférence entre 3.10 ⁶ et 1,2x10 ⁷ V/m.

L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.