Brevet FR2520943A1 — publié le 19830805

"Bougie d'allumage avec détecteur d'oxygène L'invention concerne une bougie d'allumage pour moteurs à combustion interne, comportant un isolateur de l'électricité en matière céramique, s'avan çant dans la chambre de combustion, qui est encerclé solidement et hermétiquement, par un boîtier métallique pourvu, sur sa face extérieure, d'eléments de fixation et, du côté allumage, d'une électrode de masse et qui contient, dans sa perforation longitudinale qui s'détend axialement, du côté raccordement, une tige de raccordement, et du côté allumage, une électrode centrale reliée électriquement avec la tige de raccordement, et dont le pied d'isolateur exposé à la chambre de combustion possède un détecteur d'oxygène. Le document DE-OS 30 28 359 décrit une bougie d'allumage dans laquelle est placé, dans le pied formant isolateur, un détecteur d'oxygène ; le détecteur d'oxygène est ici placé sur la face extérieure du pied isolateur, dans un logement a' fond plein, de telle façon que les différents éléments (électrodes, électrolyte so- lide, etc.) sont superposés dans ce logement à fond plein. Les conducteurs électriques allant aux électrodes du détecteur d'oxygène passent dans de longs canaux établis pendant une opération de pressage de caoutchouc et sont introduits sous la forme d'une suspension de platine. La fabrication de ce modèle de détecteurs d'oxygène dans le pied isolateur d'une bougie d'allumage est très coûteuse et présente d'importants risques de fabrication. Dans le cas présent, les détecteurs d'oxygène qui conviennent tout particulièrement sont ceux qui comportent une couche d'électrolyte solide conducteur des ions oxygène et qui fonctionnent suivant un principe potentionmétrique, mais cependant, les détecteurs d'oxygène dont la résistance électrique varie en raison de la composition du gaz conviennent aussi à cet effet. Des exemples de détecteurs d'oxygène de ce genre sont décrits par les documents suivants : DE-OS 28 55 012, 29 09 201, 26 17 031, 28 26 515, DE-AS 26 51 160, brevets DE 19 54 663, US 3 719 564, US 4 007 435 ; on connait aussi des détecteurs d'oxygène comportant un électrolyte solide, conducteur d'ions oxygène qui sont montés électriquement en série (brevet US 3 216 911). L'invention propose une bougie d'allumage caractérisée en ce que le détecteur d'oxygène, en forme de couches, est disposé sur la surface du pied d'isolateur qui est å l'opposé de la perforation longitudinale de l'isolateur, et est relié avec la zone, côté raccordement, de l'isolateur par des conducteurs qui passent le long de la surface de l'isolateur qui est à l'opposé de la perforation longitudinale de cet isolateur, et sont couverts d'une couche isolante de l'électricité, qui ne laisse sans couverture à peu-près que les éléments de raccordement électrique. Cette bougie offre l'avantage de pouvoir être fabriquée industriellement d'une façon simple, d'être de fabrication sûre et de prix de revient avantageux. D'autres perfectionnements et améliorations de la bougie d'allumage selon l'invention sont décrits dans la suite ; il est, par exemple, particulièrement avantageux d'utiliser un détecteur comportant un électrolyte solide perméable aux gaz, conducteur des ions oxygène, et que cet électrolyte en forme de couche recouvre, en les protégeant, les électrodes appliquées sur le pied isolateur de la bougie d'allumage, disposées côté à côte avec un écartement. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté par le dessin joint et est expliqué en détail dans la description qui suit. - la figure 1 est une vue, en élévation partielle et en coupe partielle, d'une bougie d'allumage-agrandie avec un détecteur d'oxygène, - la figure 2 est une section d'un plan, plus fortement agrandie, d'un détecteur à oxygène suivant la figure 1 représenté en déroulement, - la figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III du détecteur d'oxygène de la figure 2. La bougie d'allumage 10 représentée comprend un bottier métallique il qui présente, sur sa face extérieure, comme organe de fixation 12, un filetage de vis qui sert, en commun avec un écrou à six pans 13, à la pose sur une tête de cylindre d'un moteur à combustion interne (non représentée). Ce bottier métallique 11 embrasse, par sa perforation intérieure 14, une grande partie d'un isolateur essentiellement tubulaire 15. La surface frontale 16, côté allumage de ce bottier métallique 11, porte une électrode de masse 17 en forme de crochet. Un joint annulaire pour le montage de la bougie 10 sur la tête de cylindre du moteur à combustion interne n'est pas représenté. L'isolant 15 de l'électricité qui, d'une façon connue, peut être constitué par de l'oxyde d'aluminium présente, sur sa face extérieure, des épaulements 18 et 19 sur lesquels reposent des joints annulaires 20a et 20b. L'isolateur est serti dans le bottier métallique 11 avec interposition de ces joints annulaires 20a et 20b; l'étanchéité entre l'isolateur 15 et le bottier en métal 11 est assuré par le procédé connu de rétreinte à chaud que l'on peut constater dans la zone bombée de rétreinte 21. Dans la perforation longitudinale (non représentée) de l'isolateur 15, se trouve un goujon de raccordement (non figuré) et une électrode centrale 22, qui fait saillie de l'extrémité côté allumage de l'isolateur 15 : l'électrode et la-tige de raccordement sont reliées ensemble d'une façon conductrice, au moyen d'une masse d'étanchéité, connue en soi, conductrice de l'élec- tricité (non représentée) placée à l'intérieur de la perforation longitudinale de l'isolant. L'électrode centrale 22 se trouve vis-à-vis de l'électrode de masse 17 avec un écartement (de 0,8 mm par exemple), par son extrémité côté allumage. La partie du goujon de raccordement, qui n'est pas représenté, qui dépasse de l'isolateur 15 du côté raccordement est pourvue d'un écrou de raccordement 23.La partie de l'isolateur 15 dépassant, du côté raccordement du bottier métallique 11, possède, comme barrière pour les courants de fuite, entre le bottier métallique 11 et l'écrou de raccordement 23, plusieurs gorges annulaires coaxiales 24. I1 est posé, sur la zone de l'isolateur 15 exposée à la chambre de combustion du moteur à combustion interne, désignée par le pied 15' de l'isolateur, un détecteur d'oxygène, constitué d'éléments en forme de couches, et qui se trouve, de préférence, dans la zone du pied 15' de l'isolateur qui est voisine de la zone hermétique du côté allumage, entre l'isolateur 15 de l'électricité et le boîtier métallique 11. Le détecteur d'oxygène 25, annulaire, est posé sur la surface du pied 15" de l'isolateur qui est à l'opposé de la perforation longitudinale (non représentée) de l'isolateur 15; on notera, qu'au lieu d'une configuration annulaire, les détecteurs d'oxygène qui n'embrasseraient qu'une partie de la circonférence du pied 15' de l'isolateur, pourraient être aussi utilisés ici. La liaison électrique du détecteur d'oxygène 25 avec la partie de l'isolateur 15 qui dépasse du boîtier métallique 11 du côté raccordement est réalisée au moyen des conducteurs 26 et 27, dont les extrémités du côté raccordement sont réalisées sous forme de couches métalliques, formant des cosses 28 et 29. Pour l'isolation électrique entre ces conducteurs 26, 27 et le bottier métallique 11, une couche 30 isolante de l'électricité est appliquée sur ces conducteurs 26 et 27.Pour assurer ltenfichage en position correcte d'une fiche de raccordement (non représentée) qui sert à la liaison électrique aussi bien avec l'écrou de raccordement 23 qu'avec les organes de raccordement électrique 28 et 29 du détecteur d'oxygène 25, il est façonné, sur la face extérieure du bottier métallique 11, une gorge de fixation 31 dans laquelle peut entre introduit un ergot approprié (non représenté) de la fiche de raccordement (qui n'est pas non plus représentée). Le détecteur d'oxygène 25 recommandé, particulièrement visible aux figures 2 et 3, fonctionne suivant le principe connu de la chaine de concentration en oxygène avec des électrolytes solides 32 conduisant les ions oxygène. Un tel électrolyte solide 32, qui est constitué, par exemple, de dioxyde de zirconium stabilisé, peut être applique sous la forme d'une couche d'une épaisseur de 100 microns, par un procédé connu, par exemple, par impression, sur l'isolateur 15' et recouvre les électrodes 33 et 34 disposées côte à côte avec un certain écartement. Ces électrodes 33 et 34 sont aussi posées sur le pied de l'isolateur 15' par un procédé connu, par impression par exemple.Ces électrodes 33 et 34 sont pourvues, dans une forme recommandée de réalisation, de dents 33', 34 analogues à des dents de peigne, qui engrènent les unes dans les autres. Comme les deux électrodes 33 et 34 sont en communication avec le gaz à mesurer par la couche 32 d'électrolyte solide perméable aux gaz, l'une des électrodes 33 ou 34 est fabriquée avec une matière catalytique qui n'est pas, ou n'est que peu active, l'autre électrode 34 ou 33 étant fabriquée avec une matière catalytique plus active ; comme matière catalytique active, il peut être utilisé, par exemple, du platine métal et l'or convient comme matière n'ayant pratiquement pas d'activité catalytique.Aussi bien le platine métal que l'or des électrodes 33 et 34 peut contenir une ructure support céramique (non représentée) qui peut ê9re faite par exemple d'oxyde d'aluminium. La largeur des électrodes 33 et 34 épaisses d'environ 10 microns est de préférence de l'ordre de 100 à soe microns et l'epacequi sépare les électrodes 35 se situe la plupart du temps entre 100 microns et 1,5 mm. Les conducteurs 26 et 27 raccordés aux électrodes 33 et 34 sont constitués, de préférence, pour des raisons de technique de fabrication, des mêmes matières que les électrodes elles-mêmes 33 et 34, mais peuvent toutefois aussi être fabriquées avec d'autres matières résistant aux contraintes de fonctionnement. Les couches métalliques servant d'organes de liaison électrique 28 et 29 sur les extrémités, côté raccordement, des conducteurs 26 et 27 sont faites, de préférence, de platine, ont une épaisseur de 0,1 mm et une largeur de 1,5 mm, et ne sont pas recouvertes par la couche isolante de l'électricité 30 : la couche isolante 30, qui est un peu recouverte pas la couche d'électrolyte solide 32, est faite d'oxyde dgaluminium et a une épaisseur de 200 microns au maximum. Lrépaisseur recommandée pour cette couche isolante 30 de lvélectricité est de 30 à îoe microns : elle est réalisée sous la forme d'une bande recouvrant en commun les deux conducteurs 26 et 27 et peut aussi être fabriquée par un procédé connu tel que l'impression ; au lieu de réaliser cette couche isolante 30 sous la forme d'une bande, il est aussi possible de recouvrir d'une couche appropriée toute l'étendue de cette zone par un procédé connu (par exemple par laminage, pulvérisation). Une telle couche isolante 30, embrassant la circonférence de l'isolateur est particulièrement indiqué lorsque plusieurs détecteurs 25 comportant des conducteurs 26, 27 sont montés sur la bougie d'allumage 10. Bien que la bougie d'allumage 10 avec le détecteur d'oxygène 5 décrite représente le mode de réalisation recommandé, il est cependant possible de s'en écarter : il n'est pas nécessaire que les électrodes 33 et 34 soient pourvues de dents de peigne 33' et 34', elles peuvent, au contraire, recevoir une autre configuration et, dans le cas le plus simple, se présenter comme deux surfaces, adjacentes avec un certain écart. L'électrolyte solide 32, en couche, peut aussi être appliqué directement sur le pied 15' de l'isolateur et les deux électrodes 33 et 34 peuvent être posées sur cette couche d'électrolyte solide 32 ; dans cette disposition, il est toutefois avantageux que les électrodes soient couvertes ensuite, d'une façon connue, d'une couche isolante de l'électricité, mince, poreuse.Il est de plus aussi possible de monter en série, sur le pied 15' de l'isolateur, plusieurs détecteurs d'oxygène 25 fonctionnant suivant le principe de mesure potentiométrique et ce, pour obtenir un signal de mesure plus puissant (voir brevet US 3 216 911). On peut aussi faire varier le parcours des conducteurs 26 et 27 sur la surface de l'isolateur 15, suivant les objectifs de l'utilisation envisagés ; à la place du mode de réalisation représenté en figure 1, avec deux conducteurs 26 et 27 allant jusqu'à la zone de raccordement de l'isolateur 15, il existe aussi une possibilité de réalisation suivant laquelle un seul conducteur seulement pénètre jusque dans cette zone, l'autre conducteur étant en liaison électrique avec le bottier métallique (par exemple sous forme d'une jonction par serrage sur la bague d'étanchéité 20b). A la place de la couche isolante de 19électricité 30 en oxyde d'aluminium9 une glaçure (verre au boro-silicate de plomb) peut être aussi utilisée. Les organes de raccordement électrique 28 et 29 réalisés sous la forme d'une couche métallique, peuvent également être adaptés au but poursuivi et être réalisés, par exemple aussi, sous la forme de contacts plats soudés.Il n'est pas non plus indispensable que le détecteur d'oxygène 25 fonctionne sur le principe de mesure potentiométrique 9 et il peut aussi fonctionner suivant le principe de mesure polarographique, dans lequel il s'applique, sur les électrodes, une tension continue et où on applique sur les électrodes de mesure, d'une façon connue, une barrière de diffusion pour les molécules d'oxygène 9 dans les exemples de détecteurs d'oxygène décrits ci-dessus, on peut prévoir comme barrière de diffusion soit la couche d'électrolyte solide 32, perméable au gaz, soit aussi, quand les électrodes sont placées sur la couche d'électrolyte solide, la couche isolante de l'électricité, poreuse, mentionnée.Une réalisation bien appropriée est toutefois aussi un détecteur d'oxygène 25, qui fonctionne suivant le principe de la mesure par résistance et possède un élément qui répond à la teneur en oxygène du gaz soumis aux mesures. Les couches du détecteur d'oxygène 25,. les conducteurs 26 et 27 et aussi la couche isolante de l'électricité 30 sont fixées sur 19isolateur 15 de la bougie d'allumage par frittage. Le détecteur d'oxygène 25 posé sur la bougie allumage 10 peutp en raison de la forme avantageuse de sa construction, être fabriqué économiquement avec des installations de fabrication convenant pour la production de masse9 et peut servir aussi bien à des fins de mesures que pour commander aussi des opérations dans la chambre de combustion de moteurs à combustion interne. REVENDICATICNS 1) Bougie d'allumage pour moteurs à combustion interne, comportant un isolateur de l'électricité en matière céramique, stavançant dans la chambre de combustion, qui est encerclé solidement et hermétiquement, par un boltier métallique pourvu, sur sa face extérieure, d'éléments de fixation et, du côté allumage, d'une électrode de masse et qui contint, dans sa perforation longitudinale qui s'étend axialement, du côté raccordement, une tige de raccordement et du côté allumage, une électrode centrale reliée électriquement avec la tige de raccordement, et dont le pied d'isolateur exposé à la chambre de combustion possède un détecteur d'oxygène, bougie d'allumage caractérisée en ce que le détecteur d'oxygène (25), en forme de couches, est disposé sur la surface du pied (15) d'isolateur qui est à l'opposé de la perforation longitudinale de l'isolateur, et est relié avec la zone, côté raccordement, de 19isolateur (15) par des conducteurs (26, 27) qui passent le long de la surface de l'isolateur (15) qui est à l'opposé de la perforation longitudinale de cet isolateur, et sont couverts d'une couche isolante de l'électricité (30), qui ne laisse sans couverture à peu près que les éléments (28, 29) de raccordement électrique. 2) Bougie d'allumage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le détecteur d'oxygène (25) comporte un électrolyte solide (32), conducteur des ions oxygène, en forme de couche. 3) Bougie d'allumage suivant lune des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les électrodes (33, 34) du détecteur oxygène (25) sont placées à une certaine distance l'une de l'autre, sur la surface de l'isolateur (15)q. et que la couche d0élec- trolyte solide (32) posée sur les électrodes (33, 34) recouvre ces deux électrodes (33, 34) et est perméable au gaz. 4) Bougie d'allumage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le détecteur d'oxygène (25) est placé dans la zone du pied (15w) de l'isolateur qui est voisine de la bague d'étanchéité (20b) côté allumage, entre llisola- teur (15) et le boîtier métallique (ll)D