Brevet FR2466016A1 — publié le 19810327

La présente invention se rapporte aux sondes d'analyse des gaz d'échappement d'un moteur qui permettent de mesurer la concentration d'une espèce chimique dans ces gaz d'échappement en vue de réguler à l'aide d'un servomécanisme le rapport oxygène- carburant à l'admission de ce moteur. Elle concerne également les moteurs thermiques munis d'une telle sonde. On sait que, notamment pour diminuer la pollution apportée par les moteurs à combustion interne, on utilise une sonde qui permet de mesurer la teneur en oxygène des gaz d'échappement. A partir de cette teneur, on calcule à l'aide d'un dispositif automatique la correction à apporter à la teneur en carburant du mélange carburé introduit dans les cylindres pour rétablir une combustion aussi parfaite que possible du mélange carburé. Cette correction étant déterminée, le dispositif de calcul envoie des signaux à un organe de commande des organes de carburation du moteur. On rétablit ainsi le meilleur rapport carburantlcomburant qui permet d'avoir un minimum de gaz polluants dans les gaz d'échappement, et notamment un minimum d'oxyde de carbone. Selon une technique connue décrite notamment dans le brevet français NO 73 42 915, le senseur de mesure utilisé dans cette sonde a la forme d'un doigt de gant dont l'extérieur baigne dans les gaz d'échappement et l'intérieur est alimenté par l'air ambiant à l'aide d'une canalisation. Cette cellule est placée dans un support muni d'un filetage où elle est maintenue à l'aide de divers éléments isolants. Cette forme en doigt de gant rend la cellule fragile et impose une construction délicate à son support et aux organes d'adaptation avec ce support. Dans le brevet français NO 76 13 843 déposé le 7 Mai 1976 par la demanderesse sous le titre: "Senseur de concentration d'une espèce dans un fluide", on a décrit une cellule de mesure fonctionnant à l'aide d'une référence interne qui permet de ne pas utiliser l'air ambiant comme gaz de référence. Le dispositif décrit dans ce brevet est réalisé à l'aide d'une technique de dépôt en couche mince qui permet d'obtenir cette cellule sous la forme d'une petite plaquette munie de deux connexions à ses extrémités et destinée à être plongée en entier dans les gaz d'échappement. On peut aussi utiliser une technique de dépôt en couche épaisse, ou les deux simultanément. Pour insérer cette cellule dans le flux des gaz d'échappement d'un moteur, l'invention propose une sonde d'analyse des gaz d'échappement d'un moteur, du type comprenant un corps destiné à être fixé sur un organe d'échappemment du moteur, une tige de connexion traversant ce corps et isolée par rapport à lui par un isolateur étanche résistant à la température et à la pression des gaz d'échappement, un capot électriquement conducteur destiné à être plongé dans les gaz d'échappement, fixé sur le corps et délimitant une cavité pouvant être remplie par ces gaz d'échappement, et une cellule de mesure à référence interne, principalement caractérisée en ce que cette cellule est fixée et connectée d'une part à la tige de connexion et d'autre part au capot par respectivement deux fils conducteurs tendus. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard de la figure unique annexée qui représente la coupe d'une sonde d'analyse selon l'invention. Cette sonde comprend un corps métallique 1 muni d'un filetage 2 à sa partie inférieure et dont la périphérie est usinée en forme d'écrou dont on voit sur la figure les faces 3 et 4. Cette forme en écrou permet de visser de manière étanche ce corps par son filetage dans un raccord fileté placé par exemple sur un pot d'échappement de telle manière que l'extrémité de la sonde plonge dans les gaz d'échappement. Une traversée étanche et électriquement isolante comprenant un manchon 5 fait d'une matière très résistante à la chaleur et à la pression et présentant une conductivité extrêmement faible, est insérée dans le corps 1 où elle est maintenue en bas par un épaulement 6 et en haut par un sertissage 7. Cette traversée isolante 5 est réalisée par exemple en alumine. Une tige conductrice 8 munie à sa partie supérieure d'un filetage 9 traverse de part en part cette traversée isolante qui la maintient dans le corps 1 sensiblement selon l'axe de l'écrou 3 - 4 et du filetage 2. L'alumine utilisée est d'une pureté telle qu'à la température atteinte à ce niveau l'isolement ainsi assuré entre cette tige conductrice et le corps de la sonde atteint une valeur au moins égale à celle de la cellule de mesure, soit quelques centaines de M Q. Un capot protecteur formé d'une fraction de tube cylindrique 10 et d'un couvercle 11 est emmanché à force dans le bas du filetage 2 de telle manière que l'axe du cylindre 10 coincide sensiblement avec l'axe du filetage et de l'écrou du corps 1. Une cellule de mesure 12 semblable à celle décrite dans le brevet français NO 76 13 843 cité plus haut est placée dans le volume interne délimité par le capot 10-11, le filetage 2 du corps 1, et le bas de l'isolateur 5. Cette cellule est maintenue par deux fils de connexion 13 et 14 reliés, le premier à la tige 9, et le deuxième au couvercle 11. Ces fils sont faits en un matériau tel que la dilatation simultanée du capot et des fils tende au minimum à maintenir la tension mécanique sur la cellule. On peut par exemple utiliser du nichrome si le capot est en acier inoxydable. Une petite ouverture latérale forée dans la portion de cylindre 10 permet de faire communiquer cet espace interne qui contient la cellule 12 avec le milieu extérieur, c'est-à-dire avec les gaz d'échappement qui circulent dans le conduit où est montée la sonde. Ce capot de protection assure ainsi un grand nombre de fonctions. Il permet tout d'abord d'établir la connexion entre le corps 1 qui est relié à la masse générale du véhicule par le filetage 2, et l'une des deux bornes de la cellule 12. I1 sert ensuite de support mécanique à cette cellule qui lui est reliée par les fils 13 et 14, lesquels sont légèrement souples pour permettre d'absorber les vibrations du véhicule sans toutefois donner un débattemment tel que la cellule vienne à toucher les parois du capot ni que la flexion des fils conduise à une rupture par fatigue. Ce capot assure également une protection contre l'érosion dûe aux gaz d'échappement qui circulent avec violence dans le pot d'échappement et ont un effet abrasif certain, même s'ils comportent peu de matières solides en suspension. Par ailleurs, la communication se faisant par l'intermédiaire du trou de faible diamètre 15, on limite ainsi le volume de la prise d'essai, ce qui est favorable à la durée de vie de la cellule 12 ainsi qutà la limitation des signaux erratiques et parasites dûs aux sollicitations mécaniques de la cellule par les gaz d'échappement. Enfin ce capot permet également un blindage électrique efficace de la cellule dont les signaux de sortie sont très faibles. La position de ce trou n'est nullement limitez à la paroi latérale de la portion de cylindre 10. Il pourrait se trouver également par exemple sur le couvercle 11. On pourrait aussi en avoir plusieurs pour répartir et annuler au moins partiellement les variations de pressions. Pour procéder à l'assemblage de la sonde,on part des éléments suivants: le corps 1 muni de l'isolateur 5 et de la tige 9, le capot sous la forme des pièces 10 et 11 séparées, et la cellule 12 munie de ses deux fils de connexion 13 et 14. Dans un premier temps, on soude le fil 13 sur la tige 9 en maintenant la sonde avec le pas de vis 9 vers le haut comme représenté sur la figure. De cette manière la cellule 12 pend librement au bout du fil 13 relié à la tige 9. On emmanche ensuite à force la portion de cylindre 10 dans le corps 1. On introduit ensuite le fil 14 dans un trou perçé au milieu du couvercle 11 et l'on emmanche à force ce dernier dans le cylindre 10. Dans une dernière étape on soude le fil 14 sur le couvercle 11. La sonde ainsi obtenue est robuste et peu onéreuse. Elle peut s'adapter à tous les moteurs thermiques et donc aux véhicules de toutes natures ainsi qu'aux installation; motrices fixes telles que groupes électrogènes ou de pompage. REVENDICATIONS 1. Sonde d'analyse des gaz d'échappement d'un moteur, du type comprenant un corps destiné à être fixé sur un organe d'échappement du moteur, une tige de connexion traversant ce corps et isolée par rapport à lui par un isolateur étanche résistant à la température et à la pression des gaz d'échappement, un capot électriquement conducteur destiné à être plongé dans les gaz d'échappement, fixé sur le corps et délimitant une cavité pouvant être remplie par ces gaz d'échappement, et une cellule de mesure à référence interne, caractérisé en ce que cette cellule est fixée et connectée d'une part à la tige de connexion et d'autre part au capot par respectivement deux fils conducteurs tendus. 2. Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments actifs de la cellule de mesure sont au moins en partie des couches minces. 3. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les éléments actifs de la cellule de mesure sont au moins en partie des couches épaisses. 4. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le corps comprend un filetage permettant de fixer la sonde sur l'organe d'échappement, et des méplats formant une tête à prise hexagonale. 5. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le capot comprend une portion cylindrique emmanchée sur le corps et un couvercle emmanché sur la portion cylindrique ; ce couvercle étant muni d'un trou traversé par l'un des fils conducteurs qui est lui-même soudé au couvercle. 6. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le capot est muni d'au moins une perforation permettant l'entrée des gaz d'échappement dans la cavité. 7. Moteur thermique, caractérisé en ce qu'il est muni d'une sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.