Brevet FR2793557A1 — publié le 20001117

La présente invention concerne le domaine des capteurs de température. La présente invention trouve notamment, mais non exclusivement, application dans la mesure dans la température de la chambre de combustion d'un moteur de véhicule automobile. De nombreux dispositifs de mesure de température ont déjà été proposés. La plupart des dispositifs de mesure de température connus sont basés sur l'utilisation d'une thermistance sensible à la température. Plus précisément encore, la plupart des dispositifs connus et utilisés de nos jours comprennent une thermistance placée dans un corps métallique conçu pour protéger la thermistance par rapport à son environnement et assurer la fixation du capteur sur un carter support, par exemple à l'aide d'un filetage, ainsi qu'un enrobage en matière plastique conçu pour immobiliser la thermistance dans le corps. Le cas échéant, l'enrobage précité peut être conformé en connecteur électrique. La présente invention a maintenant pour but de perfectionner les dispositifs de mesure de température connus en proposant un dispositif de mesure adapté pour être placé dans un alésage borgne de carter ou culasse et réalisé une mesure fiable, par exemple pour la mesure de la température de la chambre de combustion interne d'un moteur de véhicule automobile. Un but auxiliaire de la présente invention est de proposer un capteur de température permettant un temps de réponse faible, par exemple de quelques secondes, typiquement de 5 à 7 secondes. Ces buts sont atteints dans le cadre de la présente invention grâce à un capteur comprenant - un ensemble de fixation, - un transducteur thermosensible, - un corps support de transducteur libre de translation relative par rapport à l'ensemble de fixation, et - un organe élastique intercalé entre l'ensemble de fixation et le corps support pour solliciter ce dernier et le transducteur qu'il porte contre une paroi limitant le milieu à mesurer. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le transducteur thermosensible est formé d'une thermistance. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le corps support est formé d'une capsule définissant un berceau pour le transducteur et un enrobage surmoulé sur ladite capsule. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un alésage borgne de culasse susceptible de recevoir un capteur de température conforme à la présente invention, - la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale d'un tel capteur conforme à la présente invention, - la figure 3 représente une vue latérale extérieure du même capteur, - la figure 4 représente une vue en coupe longitudinale d'une capsule de capteur conforme à la présente invention, et - la figure 5 représente une vue latérale extérieure d'une telle capsule. On va tout d'abord décrire la géométrie de l'alésage borne 10 ménagé dans une culasse 1, représentée sur la figure 1 et adaptée particulièrement pour recevoir un capteur de température conforme à la présente invention tel qu'illustré sur les figures 2 à 5. Cet alésage 10 est centré sur un axe 12. L'alésage 10 est composé essentiellement de deux tronçons 14, 16 juxtaposés axialement et centrés sur l'axe 12 précité. Le tronçon 14 le plus interne, cylindrique de révolution, est limité par la paroi de fond 13 plane et orthogonale à l'axe 12. Le tronçon 16 le plus externe qui débouche sur la surface extérieure 18 du carter 1 est taraudé. Le tronçon taraudé 16 présente une dimension transversale supérieure à celle du tronçon cylindrique interne 14. II est ainsi défini entre les deux tronçons 14, 16 un décrochement 15 de forme annulaire transversale à l'axe 12 et dirigé vers l'extérieur du carter 1. Par ailleurs, de préférence la zone de transition entre le tronçon cylindrique interne 14 et le décrochement 15 est définie par un chanfrein 17. A titre d'exemple non limitatif, le diamètre interne D1 du tronçon cylindrique 14 est compris entre 4 et 6mm, de préférence de l'ordre de 5,2mm, l'épaisseur de paroi H1 ménagée sur le carter 1 en regard de l'alésage borgne 10 (c'est-à-dire l'épaisseur de paroi de carter 1 séparant la surface de base 13 de l'alésage borgne 10 et la chambre interne à mesurer) est de l'ordre de 2mm, la longueur L1 du tronçon cylindrique 14 est de l'ordre de 1,5 fois le diamètre D1, soit typiquement de l'ordre de 7mm, la longueur L2 du tronçon taraudé 16 est de l'ordre de 6mm et le diamètre D2 du tronçon taraudé 16 est de l'ordre de 10mm. Le capteur de température conforme à la présente invention comprend essentiellement un ensemble de fixation 100, un transducteur thermosensible 200, un corps support 300 et un organe élastique 400. L'ensemble de fixation 100 est de préférence formé d'un corps métallique, par exemple de laiton. L'ensemble de fixation 100 a une géométrie générale tubulaire centrée sur un axe 0-0. L'ensemble de fixation 100 comprend un tronçon d'extrémité avant 102 fileté sur sa surface externe. Ce tronçon fileté 102 est adapté pour prendre position dans le tronçon taraudé 16 de l'alésage borgne 10. L'ensemble de fixation 100 comprend un tronçon consécutif vers l'arrière référencé 104 dont la surface externe est non cylindrique de révolution, par exemple de sections hexagonales. Cette section 104 permet le serrage du tronçon fileté 102 dans le tronçon taraudé 16 complémentaire. Puis, l'ensemble de fixation 100 comprend à son extrémité arrière, un fourreau cylindrique 106 lui-même terminé, à son extrémité arrière par une jupe 108 de plus faible épaisseur prolongeant sensiblement la surface externe du fourreau cylindrique 106. II est ainsi défini au niveau de la zone de transition entre le fourreau cylindrique 106 et la jupe arrière 108 un décrochement 110 en forme d'anneau plan transversal à l'axe 0-0 dirigé vers l'arrière du capteur. Comme on le verra par la suite, ce décrochement 110 est destiné à servir d'appui à une rondelle rigide 450. Le diamètre externe du tronçon fileté 102 est inférieur à celui du tronçon hexagonal 104. II est ainsi défini au niveau de la zone de transition entre ceux-ci un décrochement annulaire 103 transversal à l'axe 0-0 dirigé vers l'avant du capteur. Ce décrochement 103 est destiné à prendre appui contre la surface externe 18 du carter 1 lors de la mise en place du capteur. Le diamètre interne du fourreau 106 est identique à celui du tronçon hexagonal 104 et supérieur au diamètre interne du tronçon fileté 102. Le transducteur électrique 200 est formé de préférence d'une thermistance constitué d'un bulbe 202, par exemple en forme générale de goutte d'eau pourvu de deux soies ou fils de sortie 204, 206 reliés respectivement à la pastille thermosensible du transducteur 200. Le corps support 300 peut être formé d'un élément unique définissant un berceau support pour le transducteur 200. Cependant, de préférence, le corps support 300 est composé de deux pièces : une capsule 310 et un enrobage 350. La capsule 310 est formée de préférence en métal, par exemple en laiton. Cependant, le cas échéant, la capsule 310 peut être réalisé en matière plastique. Pour l'essentiel, la capsule 310 est formée d'un tronc 312 cylindrique de révolution autour de l'axe 0-0. La capsule 310 possède une chambre interne borgne 320 qui débouche sur l'extrémité arrière de la capsule 310. Le fond de la chambre borgne 320 est délimité par une calotte 322 hémisphérique concave complémentaire de l'enveloppe externe de la thermistance 200 et définissant ainsi un berceau support pour celle-ci; La calotte hémisphérique 322 est prolongée vers l'extrémité arrière de la capsule 310 par une paroi 324 cylindrique de révolution de même rayon que ladite calotte 322. La paroi cylindrique 324 est elle-même prolongée vers l'arrière de la capsule 310 par un évasement tronconique 326 qui se raccorde sur une seconde paroi 328 cylindrique de révolution centrée autour de l'axe 0-0, laquelle débouche sur l'extrémité arrière de la capsule 310 et possède un rayon supérieur à celui de la paroi cylindrique 324 première citée. La capsule 310 possède sur sa surface externe des moyens conçus pour assurer une immobilisation à translation et à rotation entre ladite capsule 310 et l'enrobage 350. De tels moyens d'immobilisation peuvent prendre de nombreuses formes. Selon le mode de réalisation préférentiel illustré sur les figures annexées, ces moyens d'immobilisation comprennent deux gorges annulaires 330, 332, de sections droites rectangulaires, mais n'agissent à proximité de l'extrémité arrière de la capsule 310. De plus les moyens d'immobilisation comprennent des cannelures longitudinales 324 formées sur la surface externe de la capsule 310 au niveau de l'extrémité arrière de celle-ci. Ces structures de gorge 330, 332 et cannelures longitudinales 334 définissent en outre un effet labyrinthe entre la capsule 310 et l'enrobage 350 assurant une étanchéité entre ceux-ci. On notera par ailleurs, à l'examen des figures annexées, que la capsule 310 possède au niveau de sa base correspondant à l'extrémité avant obturée un tronçon 340 défini par une enveloppe externe cylindrique de révolution autour de l'axe 0-0 de diamètre supérieur à celui du tronc 312. Ce tronçon 340 évasé sert de prise de température. Ce tronçon 340 possède une longueur L3 limitée par rapport à la longueur du tronc 312 pour garantir un bon centrage de la capsule 310 dans le tronçon cylindrique 14 de l'alésage borgne et un plaquage de la surface d'extrémité 342 de la capsule 340, transversale à l'axe 0-0 sur le fond 13 de l'alésage borgne 10. De préférence, la surface externe du tronçon évasé 340 se raccorde sur le tronc 312 de la capsule 310, au niveau de son extrémité arrière, par un chanfrein 344, par exemple à 45 de l'axe 0-0. Par contre, la zone de transition entre la surface externe du tronçon évasé 340 et la surface d'extrémité 342 transversale à l'axe 0-0 est de préférence définie par une arête vive 346. De préférence, la longueur L3 du tronçon évasé 340 est comprise entre 3 et 4 mm, typiquement-le l'ordre de 3,5mm ; le diamètre externe D3 du tronçon évasé 340 est de l'ordre de 5mm, pour un diamètre de tronc 312 de l'ordre de 4,5mm ;l'épaisseur H2 de la capsule entre le fond du berceau 322 et la surface d'extrémité 342 est de l'ordre de 0,5mm ; et le rayon du berceau 322 est de l'ordre de 1,25mm. L'enrobage350 est réalisé préférentiellement en matière plastique. II s'agit de tout matériau compatible avec la gamme de température mise à jeu, soit de préférence des matériaux résistant à des plages de température de l'ordre de 130 à 150 C. Dans le cadre de la présente invention, l'enrobage 350 est de préférence réalisé à base d'un matériau choisi dans le groupe comprenant le polyamide 6.6 chargé de verre, ou par exemple à 30%, les polyesters, le polybutyle. Comme on le voit sur la figure 2, l'enrobage 350 est conçu pour remplir la chambre 320 de la capsule 310 et plaquée la thermistance 200 contre son berceau support 322. L'enrobage 350 définit par ailleurs un corps centré sur l'axe 0-0 et possédant notamment un tronçon 352 avant, globalement cylindrique de révolution, disposé sur l'extrémité arrière de la capsule 310 au niveau des gorges 330, 332. Le diamètre externe de son tronçon 352 est complémentaire du diamètre interne du tronçon fileté 102 de l'ensemble de fixation 100. On notera que de préférence à l'avant, ce tronçon 352 se termine par une extrémité 353 chanfreinée définissant une transition progressive avec la surface externe du tronc 312 de la capsule 310. Sur l'arrière, le tronçon cylindrique 352 est prolongé par un élargissement tronconique 354, lui-même séparé d'une surface cylindrique arrière 358 par une nervure annulaire 356. Le diamètre externe de la nervure 356 est complémentaire du diamètre interne du fourreau 106 de l'ensemble de fixation 100. II est par ailleurs supérieur à celui de la surface cylindrique 358 de l'enrobage 350. II est ainsi défini entre la nervure 356 et la surface cylindrique arrière 358 de l'enrobage un décrochement 357 annulaire transversal à l'axe 0-0 et dirigé vers l'arrière du capteur. Ce décrochement 357 sert d'appui à l'organe élastique 400 formé d'un ressort hélicoïdal engagé sur la surface cylindrique 358 et engagé entre ledit décrochement 357 et la rondelle 450 précitée. On rappelle que cette rondelle 450 est immobilisée entre le décrochement 110 de l'ensemble de fixation 100 et la jupe 108 sertie sur cette rondelle. L'enrobage 350 est par ailleurs surmoulé sur les fils de sortie 204, 206 du transducteur 200. Le cas échéant, les fils de sortie 204, 206 de la thermistance 200 peuvent être directement accessibles sur l'extérieur de l'enrobage 350. Cependant, de préférence, l'enrobage 350 est surmoulé sur deux lames électriquement conductrices 390, 392, elles-mêmes accessibles sur l'extérieur de l'enrobage 350 et reliées, par exemple par soudure, à l'intérieur de celui-ci respectivement au sortie 204, 206 de la thermistance. Le cas échéant, l'enrobage 350 peut être conformé, au niveau des lames 390, 392 émergeant à l'extérieur de l'enrobage, sous forme d'un corps de connecteur. Les lames 390, 392 peuvent faire l'objet de nombreuses géométries. Elles ne seront donc pas décrites dans le détail par la suite. L'homme de l'art comprendra que lorsque le corps support 300 formé de la capsule 310 logeant le transducteur 200 et de l'enrobage 350 est placé dans l'ensemble de fixation 100, le corps support 300 et l'ensemble de fixation sont susceptibles de translation relative selon l'axe 0 0. Et l'organe élastique 400 intercalé entre le décrochement 357 du corps support 300 et la rondelle 450 liée à l'ensemble de fixation 100 sollicite le corps support 300 et par conséquent le transducteur 200 vers le fond 13 de l'alésage borgne 10 pour plaquer la surface d'extrémité 342 du corps support 300 contre cette surface de base 13 de l'alésage borgne 10. Au repos, c'est-à-dire avant implantation du capteur de température dans l'alésage borgne 10, le déplacement entre le corps support 300 et l'ensemble de fixation 100 est limité par la venue en butée de la surface tronconique 354 du corps support 300 contre la zone de transition complémentaire définie sur l'ensemble de fixation 100 entre la surface interne du tronçon fileté 102 et le tronçon cylindrique 106. Lors de la mise en place du capteur dans l'alésage borgne 10, l'organe élastique 400 est comprimé et le corps support 300 recule par rapport à l'ensemble de fixation 100 lorsque le bulbe 340 formant prise de température vient en appui contre le fond 13 de l'alésage borgne 10 par sa surface d'extrémité 342. On obtient ainsi une référence de prise de température précise et une mesure fiable garantie. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. Ainsi par exemple, on peut envisager de remplacer les moyens de fixation du capteur par filetage tel qu'illustré sur les figures annexées, par des moyens de fixation de type encliquetage ou clipsage grâce à des structures adéquates réalisées sur le corps de l'ensemble de fixation 100. REVENDICATIONS 1. Capteur de température, notamment pour la mesure dans un alésage borgne de carter de moteur de véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il comprend - un ensemble fixation (100), - un transducteur thermosensible (200), - un corps (300) support de transducteur libre de translation relative par rapport à l'ensemble de fixation (100), et - un organe élastique (400) intercalé entre l'ensemble de fixation (100) et le corps support (300) pour solliciter ce dernier et le transducteur (200) qu'il porte contre une paroi (13) limitant le milieu à mesurer. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le transducteur (200) est formé d'une thermistance. 3. Capteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le corps support (300) est formé d'une capsule (310) définissant un berceau de réception pour le transducteur (200) et un enrobage (350). 4. Capteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le corps support (300, 310) définit à son extrémité, côté prise de température, un tronçon (340) évasé entourant le transducteur (200). 5. Capteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le tronçon évasé (340) possède une longueur (L3) comprise entre 3 et 4mm. 6. Capteur selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que le tronçon évasé (340) possède un diamètre de l'ordre de 5mm. 7. Capteur selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que le tronçon évasé (340) possède une surface d'extrémité (342) plane transversale à l'axe de translation autorisé entre le corps support (300) et l'ensemble de fixation (100). 8. Capteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'ensemble de fixation (100) est formé d'un corps métallique. 9. Capteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'ensemble de fixation (100) comprend un tronçon fileté (102) et un tronçon (104) non cylindrique de révolution, par exemple de sections hexagonales. 10. Capteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'ensemble de fixation (100) comprend des moyens d'encliquetage. 11. Capteur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que l'ensemble de fixation (100) comprend une jupe (108) de faible épaisseur apte à être sertie sur une rondelle (450) servant de butée à l'organe élastique (400). 12. Capteur selon l'une des revendications 1 à 11 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé par le fait que la capsule (310) est formée en métal. 13. Capteur selon l'une des revendications 1 à 11 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé par le fait que la capsule (310) est réalisée en matière plastique. 14. Capteur selon l'une des revendications 1 à 13 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé par le fait que la capsule (310) définit un berceau de réception (322) hémisphérique. 15. Capteur selon l'une des revendications 1 à 14 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé par le fait que la capsule (310) comporte des moyens assurant une immobilisation à rotation et à translation avec l'enrobage (350). 16. Capteur selon la revendication 15, caractérisé par le fait que les moyens d'immobilisation comprennent au moins une gorge annulaire (330, 332) dans la capsule (310). 17. Capteur selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisé par le fait que les moyens d'immobilisation comprennent des cannelures longitudinales (334) ménagées sur la capsule. 18. Capteur selon l'une des revendications 1 à 17 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé par le fait que l'enrobage (350) remplit la capsule (310) et plaque le transducteur (200) contre son berceau de réception (322). 19. Capteur selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé par le fait que le corps support (300) possède une nervure (356) externe définissant un décrochement (357) servant d'appui à l'organe élastique (400)-- 20. Capteur selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé par le fait qu'il comprend une rondelle (450) immobilisée sur l'ensemble de fixation (100) pour servir d'appui à l'organe élastique (400). 21. Capteur selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé par le fait que le corps support (300) possède un enrobage (350) en matière plastique surmoulé sur les fils de sortie (204, 206) du transducteur (200). 22. Capteur selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé par le fait que le corps support (300) possède un enrobage (350) surmoulé sur des lames électriquement conductrices (390, 392) reliées aux sorties (204, 206) du transducteur (200). 23. Capteur selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé par le fait que le corps support (300) possède un enrobage (310) réalisé en matière plastique choisi dans le groupe comprenant le polyamide 6.6 chargé fibres de verre, par exemple à 30%, les polyesters et le polybutyle.