Brevet FR2393302A1 — publié le 19781229

La présente invention concerne un détecteur de gaz. d'échappement pour véhicules automobiles, du type dans lequel l1élément sensible est à base d'oxydes de métaux. Les détecteurs de gaz d'échappement de ce type connus actuellement comprennent un corps métallique doté d'un filetage pour le montage sur le collecteur d'échappement et une partie en saillie portant l'élément sensiblè exposé aux gaz-d'échappement. L'élément sensible est constitué par -une poudre dioxyde de métal insérée entre deux électrodes reliées à un circuit électrique extérieur et soumise à compression sous l'action de ressorts de manière à adopter -la forme dlune pastille. A cet effet, on utilise généralement comme oxydes de l'oxyde de titanium, de l'oxyde de chrome ou de l'oxyde de cobalt. La conductibilité de la pastille d'oxyde varie en fonction de la composition des gaz d'échappement et ceci est utilisé pour la régulation du rapport air-essence au moyen d'un système à "feedback" appliqué aux dispositif d'alimentation, aussi bien ceux à carhuration que ceux à injection. Les inconvénients de ces types de détecteur de gaz d'échappement sont toutefois bien connus. En effet, la-matière sensible sous forme pulvérulente, non compacte, et la difficulté quien découle de déterminer ses dimensions, ne permettent pas un fonctionnement optimal du détecteur. En particulier, les caractéristiques électriques du détecteur sont considérablement influencees par les différentes pressions exercées par les ressorts, par la disposition des grains de la matière en poudre, ainsi que par les vibrations mécaniques qui se manifestent dans le compartiment du moteur et qui entrainent une rapide détérioration dans le temps. D'autre part, étant donné les dimensions réduites de la pastille, la surface exposée aux gaz d'échappement est très limitée, ce qui du même coup limite la fiabilité. Enfin, la présence des ressorts pour assurer la compression de la poudre dioxydes crée des problèmes d'encombrement qui viennent stajouter à la complexité mécanique de l'ensemble. Le but de la présente invention est d'éliminer ces inconvénients en réalisant un détecteur de gaz d'échappement dont l'élément sensible se présente sous une forme compacte, qui ne soit pas susceptible de se détériorer dans le temps à cause des vibrations du moteur, qui ne nécessite pas l'emploi de ressorts et qui ait un poids et un encombrement réduits. Un autre but de l'invention est de réaliser un détecteur de gaz d'échappement permettant le contrôle de la température de l'élément sensible de manière que ce dernier puisse être maintenu à la température de fonctionnement optimale. La présenteinvention a pour objet un détecteur de gaz d'échappement, caractérisé par le fait que la partie exposée aux gaz d'échappement comprend un substrat céramique sur lequel est réalisé, suivant la technologie du film épais, l'élé- ment sensible constitué par un oxyde de métal ou par un mélange d'oxydes de métaux ayant des caracteristiques de type semi-conducteur au moins au-dessus d'une certaine température. Afin de pouvoir contrôler la température de l'élé- ment sensible, on réalise également sur le meme substrat, toujours suivant la technologie du film épais, un élément chauffant et un élément de contrôle de la température. L'invention sera maintenant décrite et illustrée à seul titre d'exemple nullement limitatif, en regard du dessin annexé, sur lequel la figure 1 montre une vue partiellement en coupe d'un détecteur selon l'invention inséré dans le collecteur des gaz d'échappement ; la figure 2 montre à une échelle agrandie la face du substrat céramique portant l'élément sensible; la figure 3 montre l'autre face du substrat céramique portant l'élément chauffant et l'élément de contrôle de la température; la figure 4 montre une autre forme de réalisation du détecteur selon l'invention; les figures 5 et 6 montrent les deux faces du substrat ceramique du détecteur de la figure 4. Conformément aux figures 1 à 3, le détecteur de gaz d'échappement comprend un corps métallique 1 doté d'un filetage 2 pour le montage dans le tuyau d'échappement 3 et une partie en saillie 4 exposée aux gaz d'échappement. Selon l'invention, la partie en saillie 4 comprend un substrat céramique 5, par exemple en alumine, sur lequel sont réalisés, suivant la technologie bien connue du film épais, sur une face (figures 1 et 2) l'élément sensible 6 constitué par des oxydes de métaux, et sur l'autre face (figure 3) l'élé- ment chauffant 7 et l'élément de contrôle de la température 8. Plus particulièrement, l'élément sensible est constitué par un oxyde ou par des oxydes de métal ayant des caractéristiques de type semi-conducteur au moins au-dessus d'une certaine température. Comme oxyde de métal on peut par exemple utiliser de l'oxyde de gallium et comme oxydes de métaux un mélange d'oxyde de gallium et d'oxyde d'indium (Ga203 + In2 3) L'élément chauffant est constitué par une résistance, tandis que l'élément de contrôle de la température est constitué par une thermistance. Les éléments 6, 7'et 8 sont obtenus par dépôt sur le substrat 5 suivant la technique de la sérigraphie. Cette technique permet d'obtenir l'élément sensible 6 sous une forme très compacte, de sorte que l'on peut parvenir à un meilleur contrôle de ses paramètres électriques. D'autre part, elle permet d'obtenir un élément sensible dont la surface exposée aux gaz d'échappement est très étendue, ce qui a pour conséquence d'améliorer avantageusement la fiabilité du détecteur. La possibilité de réaliser l'élément chauffant 7 et l'élément de contrôle de la température 8 sur le même substrat quiporte l'élément sensible 6 permet de procurer les avantages suivants - préchauffage de l'élément sensible dès la mise en route du moteur, afin del'amener rapidement au-dessus de la température de seuil de fonctionnement même en cas de démarrage à froid, ce qui rend possible le contrôle des gaz d'échappement aussitôt la mise en route du moteur; - contrôle de la température de l'élément sensiblemême pendant la marche du véhicule, avec la possibilité de fonctionner avec l'élément sensible à une température constante déterminée indépendamment du régime de fonctionnement du moteur, ce. qui permet d'assurer la continuité d'intervention de l'élément sensible. Pour pouvoir réaliser ces conditions, l'élément de contrôle de la température est relié à un circuit électrique (non représenté) en mesure de commander l'alimentation de l'élément chauffant 7 chaque fois que la température du substrat 5 (et par conséquent de l'élément sensible 6Y se trouveau-dessous d'une valeur préfixée et de couper l'alimentation dudit élément chauffant chaque fois que le substrat céramique atteint cette meme valeur. Avantageusement, on réalise suivant la technologie du film épais non seulement les éléments 6, 7 et 8,mais également les connexions correspondantes 6a, 7a et 8a. Suivant un aspect particulier de l'invention, le substrat en alumine 5 se présente sous forme de plaquette allongée qui se prolonge à l'intérieur du corps métallique 1 jusqu'à dépasser du côté opposé-à celui exposé aux gaz d'échappement. Grâce à ce substrat, les connexions électriques 6a, 7a et 8a peuvent être réalisées sur toute la longueur de la plaquette de manière que leurs extrémités puissent former les bornes de branchement aux circuits extérieurs, ce qui rend possible l'application directe des connecteurs. Plus précisément, sur les bornes -8b est connecté le circuit extérieur mentionné précédemment qui commande I'alimen talion de la résistance 7 à travers les bornes 7b, tandis que sur les bornes 6b est connecté le système de contrôle électronique d'alimentation du moteur. Comme déjà dit, la partie en saillie 4 du détecteur est exposée aux gaz d'échappement; il est par conséquent souhaitable de la protéger contre les éléments polluants non gazeux au moyen d'une gaine poreuse 9 (figure 1), constituée par exemple par un capuchon en céramique poreuse exerçant également la fonction de protection mécanique. Dans la forme de réalisation représentée, l'élément sensible 6 a été réalisé sur une face du substrat et les autres éléments 7 et 8 sur l'autre face , car cette disposition s'avère fonctionnelle et pratique. I1 est clair, cependant, que la répartition de ces éléments pourra être différente suivant les exigences pratiques. Le détecteur représenté sur les figures 4, 5 et 6 diffère de celui illustré dans les figures précédentes principalement par le fait que le substrat d'alumine 10 portant l'element sensible 11, l'élément chauffant 12 et l'élément de contrôle de la température 13, ne traverse pas le corps 14 du détecteur, de sorte qu'il dépasse uniquement du côté exposé aux gaz d'échappement. En outre, les connexions électriques des éléments 11, 12, et 13 sont réalisées aux moyen de conducteurs lla, 12a et 13a qui ont également la fonction de supporter le substrat 10. Ces conduc teurs sont reliés à trois bornes 11b, 12b et 13b, tandis queles contacts 11c, 12c et 13c sont à la masse. Tout comme pour le détecteur du mode de réalisation précédent , la partie en saillie 15 du détecteur de la figure 4, c'est-à-dire celle qui est exposee aux gaz d'échappement, peut également être protégée par une gaine poreuse. REVENDICATIONS 1. Détecteur de gaz d'échappement pour véhicules automobiles constitué par un corps métallique et par une partie en saillie portant un élément sensible destiné à être exposé aux gaz d'échappement, caractérisé par le fait que ladite partie en saillie comprend un substrat céramique sur lequel est réalisé, suivant la technologie du film épais, l'élément sensible constitué par un oxyde de métal ou par un mélange d'oxydes de métaux ayant des caractéristiques de type semi-conducteur au moins audessus d'une certaine température. 2. Détecteur de gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que sur le substrat céramique sont également réalisés, toujours suivant la technologie du film épais, un élément chauffant et un élément de contrôle de la température, ce dernier étant relié à un circuit extérieur en mesure de commander le branchement de l'élément chauffant chaque fois que la température du substrat céramique (et de l'élément sensible) descend au-dessous d'une valeur préfixée, et le débranchement dudit élément chauffant chaque fois que le substrat céramique atteint cette même valeur préfixée de température. 3. Détecteur de gaz d'échappement selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'élément sensible se trouve sur une face du substrat céramique, tandis que les éléments de chauffage et de contrôle de la temperature se trouvent sur l'autre face. 4. Détecteur de gaz d'échappement selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'élément de contrôle de la température est constitué par une thermistance. 5. Détecteur de gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le substrat céramique se prolonge à l'intérieur du corps métallique et sur toute la longueur de ce dernier et par le fait que sur ledit substrat sont réalisés1 toujours suivant-la technologie du film épais, les connexions électriques des différents éléments, de manière que les extrémités de ces connexions puissent constituer les bornes de branchement des circuits électriques extérieurs. 6. Détecteur de gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les différents éléments du substrat céramique sont reliés aux bornes extérieures par des conducteurs électriques qui ont également la fonction de supporter le substrat lui-même. 7. Détecteur de gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le substrat céramique et les éléments qu'il comporte sont renfermés dans une gaine poreuse'qui exerce également la-fonction--de protection mécanique.