Brevet FR2864243A1 — publié le 20050624

DÉTECTEUR DE GAZ La présente invention concerne un détecteur de gaz servant à mesurer une concentration d'un gaz spécifié con-tenu dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Habituellement, un détecteur de gaz est installé dans un tuyau d'échappement d'un moteur à combustion interne de manière à mesurer une concentration d'un gaz spécifié, par exemple de l'oxygène ou des oxydes d'azote NOx, dans des gaz d'échappement. La figure 15, annexée à la présente demande, représente un exemple d'un tel détecteur de gaz. Un détecteur de gaz 9 inclut un boîtier cylindrique creux 10 possédant une bride 100, un élément de détection 19 fixé dans le boîtier 10, un capot de protection 11 disposé sur une première extrémité du boîtier 10, et un capot extérieur 12 disposé sur une seconde extrémité du boîtier 10. Une première extrémité du détecteur de gaz 9 est insérée dans un trou de montage 30 formé dans un tuyau d'échappement 3. Une rondelle 102 est disposée entre une première extrémité 101 de la bride 100 et une surface extérieure 301 autour du trou de montage 30 du tuyau d'échappement 3. Récemment, la quantité de chaleur transmise d'une première extrémité à une seconde extrémité d'un détecteur de gaz a augmenté étant donné que la température des gaz d'échappement a augmenté. Cependant, un détecteur de gaz comprend d'une manière générale des éléments moins résistants à la chaleur, par exemple un filtre hydrophobe 123 ou un isolateur en caoutchouc 15 comme représenté sur la figure 15. C'est pourquoi un but de la présente invention est 35 de fournir un détecteur de gaz possédant une structure per- fectionnée, qui réduit la quantité de chaleur transmise par conduction d'une première extrémité à une seconde extrémité d'un détecteur de gaz pour empêcher une détérioration des pièces les moins résistantes à la chaleur. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un détecteur de gaz possédant une première extrémité et une seconde extrémité, caractérisé en ce qu'il comporte: un boîtier cylindrique creux possédant une bride qui fait saillie radialement à partir d'une périphérie extérieure de ce boîtier, un élément de détection fixé dans le boîtier, et un dispositif de blocage de conduction de chaleur, disposé sur une première extrémité de la bride. Le détecteur de gaz peut comporter en outre une 15 rondelle disposée sur une première extrémité du dispositif de blocage de conduction de chaleur. Il existe deux trajets de conduction thermique dans le détecteur de gaz comme représenté sur la figure 4 et sur la figure 5, annexées à la présente demande. Le premier trajet s'étend de la première extrémité jusqu'à la seconde extrémité du détecteur de gaz en traversant le boîtier. Le second trajet s'étend d'une partie de montage, dans laquelle un détecteur de gaz est fixé, par exemple un tuyau d'échappement tel que représenté sur la figure 1, annexée à la présente demande, et sur la figure 15, jusqu'à la seconde extrémité du détecteur de gaz à travers la bride. Lorsqu'on dispose un dispositif de blocage de conduction de chaleur mettant en oeuvre l'invention, sur la première extrémité de la bride, le second trajet de con- duction de chaleur est bloqué. C'est pourquoi, la quantité de chaleur véhiculée à travers le détecteur de gaz selon la présente invention diminue par rapport à celle transmise dans un détecteur de gaz classique. Conformément à une forme de réalisation préférée de 35 la présente invention, le dispositif de blocage de conduc- tion de chaleur possède une structure en anneau. Etant donné qu'un dispositif de blocage possédant une structure en anneau peut bloquer ou empêcher une conduction de chaleur autour de l'ensemble de sa périphérie, la quantité de chaleur traversant le détecteur de gaz diminue. Le dispositif de blocage possède de préférence un premier passage intérieur, dans lequel la première extrémité du boîtier peut être insérée, de sorte que le dispositif de blocage touche la première extrémité de la bride. Le détecteur de gaz est inséré dans un tuyau d'échappement dans lequel circulent des gaz d'échappement. C'est pourquoi il est important d'établir une étanchéité autour d'un trou de montage formé dans le tuyau d'échappement, de manière à empêcher un écoulement sortant. Confor- mément à une autre forme de réalisation de l'invention, le dispositif de blocage de conduction de chaleur comporte au moins une partie saillante située sur une première extrémité et/ou sur une seconde extrémité de ce dispositif. Dans une forme de réalisation prise à titre d'exemple, la partie saillante possède une faible rigidité, de sorte que cette partie saillante peut être déformée. C'est pourquoi le dispositif de blocage peut être utilisé en tant qu'élément d'étanchéité. Conformément à une autre forme de réalisation de la présente invention, le dispositif de blocage de conduction de chaleur possède au moins une gorge située dans une périphérie extérieure de ce dispositif. Etant donné que la gorge empêche une conduction de chaleur à l'intérieur du détecteur de gaz, la quantité de chaleur transmise par le détecteur de gaz diminue. Conformément à une ferme de réalisation prise à titre d'exemple de la présente invention, le dispositif de blocage de conduction de chaleur possède au moins une partie saillante située sur une périphérie extérieure de ce dispositif. Etant donné que la partie saillante rayonne de la chaleur du détecteur de qaz, la quantité de chaleur transmise par le détecteur de gaz diminue. Conformément à une autre forme de réalisation préférée prise à titre d'exemple de la présente invention, le dispositif de blocage de conduction de chaleur est réalisé en acier inoxydable. Le dispositif de blocage réalisé en acier inoxydable possède une durabilité suffisante en tant que pièce d'automobile. Conformément à une autre forme de réalisation de la présente invention, le dispositif de blocage de conduction de chaleur possède un coefficient de conductivité thermique qui est inférieur à celui du boîtier. C'est pourquoi le dispositif de blocage réduit la quantité de chaleur conduite par le détecteur de gaz. Conformément à une autre forme de réalisation de la présente invention, le dispositif de blocage de conduction de chaleur possède une épaisseur égale ou supérieure à 0,2 mm dans une direction axiale du boîtier. Lorsque le dispositif de blocage possède une épaisseur égale ou supé- rieure à 0,2 mm dans une direction axiale du boîtier, le dispositif de blocage possède une solidité garantie, une performance garantie de blocage de conduction de chaleur et une productivité garantie. Cependant, si le dispositif de blocage possède une épaisseur supérieure à environ 3 mm dans une direction axiale du boîtier, la longueur de la première extrémité du dispositif de blocage jusqu'à la seconde extrémité du détecteur de gaz est trop importante pour sa fixation dans un tuyau d'échappement d'automobile. Il est possible de réduire l'épaisseur de la bride afin de garantir l'existence d'un espace suffisant pour le dispositif de blocage. Cependant, lorsque l'épaisseur de la bride est inférieure à 3 mm, la fixation peut être pénible en utilisant un outil, par exemple il peut apparaître un problème de fixation lors de l'utilisation d'un outil, par exemple la rupture de la bride ou une insuffisance de couple de serrage. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un procédé de montage d'un détecteur de gaz selon la présente invention, sur un tuyau d'échappement de manière à réduire la conduction de chaleur provenant du tuyau d'échappement et traversant le détecteur de gaz, caractérisé en ce qu'il consiste à : prévoir un détecteur de gaz comprenant un boîtier cylindrique creux possédant une bride qui fait saillie radialement à partir d'une périphérie extérieure de ce boîtier et un élément de détection fixé dans le boîtier, disposer au moins un dispositif de blocage de conduction de chaleur sur une première extrémité de la bride; disposer une rondelle sur une première extrémité du dispositif de blocage de conduction de chaleur, et insérer une première extrémité du détecteur de gaz dans un trou de montage formé dans le tuyau d'échappement de telle sorte que la rondelle et le dispositif de blocage sont disposés entre le tuyau d'échappement et la bride. D'autres caractéristiques et avantages de la pré-sente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés représentant des formes de réalisation préférées de l'invention et qui cependant ne sont pas censés limiter l'invention aux formes de réalisation spécifiques indiquées, mais sont utilisés uniquement pour l'explication et la compréhension de l'invention, et sur lesquels: la figure 1, dont il a déjà été fait mention, est 30 une vue en coupe transversale représentant un détecteur de gaz selon la présente invention; - la figure 2 est une vue en plan représentant un dispositif de blocage de conduction de chaleur selon la présente invention; - la figure 3 est une vue en coupe transversale représentant un dispositif de blocage de conduction de chaleur selon la présente invention; - la figure 4, dont il a déjà été fait mention, est une illustration destinée à montrer des trajets de conduc-5 tion thermique selon la présente invention; - la figure 5, dont il a déjà été fait mention, est une illustration servant à représenter des trajets de conduction thermique conformément à un détecteur de gaz classique; - la figure 6 est une représentation graphique qui montre la température d'une bride conformément à la présente invention et dans le cas d'un détecteur de gaz classique; - la figure 7 est une illustration servant à repré- senter un point de mesure de la température d'une bride; - la figure 8 est une vue en coupe transversale montrant un dispositif de blocage de conduction de chaleur, qui comporte une gorge selon la présente invention; - la figure 9 est une vue en coupe transversale montrant un dispositif de blocage de conduction de chaleur qui possède une simple structure en anneau conformément la présente invention; - la figure 10 est une vue en coupe transversale montrant un dispositif de blocage de conduction de chaleur qui possède une partie saillante située sur une périphérie extérieure de ce dispositif, conformément à la présente invention; - la figure 11 est une illustration montrant un dispositif de blocage de conduction de chaleur qui possède une partie saillante située sur une périphérie extérieure de ce dispositif, conformément à la présente invention; - la figure 12 est une illustration servant à montrer un dispositif de blocage de conduction de chaleur qui possède un certain nombre de parties saillantes situées sur une périphérie extérieure de ce dispositif, conformément à la présente invention; - la figure 13 est une vue en coupe transversale représentant un dispositif de blocage de conduction de chaleur qui comporte une partie saillante située sur une péri- phérie extérieure d'une première extrémité de ce dispositif, conformément à la présente invention; - la figure 14 est une vue en coupe transversale montrant un dispositif de blocage de conduction de chaleur qui comporte des parties saillantes situées sur une première extrémité et sur une seconde extrémité de ce dis- positif, conformément à la présente invention; et - la figure 15, dont il a déjà été fait mention, est une vue en coupe transversale montrant un détecteur de gaz selon une forme de réalisation classique. On va maintenant décrire une forme de réalisation de la présente invention en référence aux dessins. Comme cela est représenté sur la figure 1, un détecteur de gaz 1 possédant une première extrémité et une seconde extrémité inclut un boîtier cylindrique creux 10 possédant une première extrémité et une seconde extrémité, un élément de détection 19 fixé dans le boîtier 10, un capot de protection 11 disposé sur la première extrémité du boîtier 10 et un capot extérieur 12 disposé sur la seconde extrémité du boîtier 10. Le boîtier 10 comporte une bride 100 qui fait saillie à partir d'une périphérie extérieure de ce boîtier. Un dispositif 2 de blocage de conduction de chaleur est disposé sur une première extrémité 101 de la bride 100. Une rondelle 102 est disposée sur une première extrémité du dispositif 2 de b:ocage de conduction de cha- leur. Comme cela est représenté sur la figure 1, le détecteur de gaz 1 est fixé dans un trou de montage 30 formé dans une surface extérieure 301 du tuyau d'échappe- ment 3, qui est utilisé pour émettre des gaz d'échappement depuis le moteur à combustion interne d'une automobile, de sorte que le capot de protection 11 est disposé à l'intérieur du tuyau d'échappement 2. La rondelle 102 possède une élasticité sur l'étendue axiale du détecteur de gaz 1. La rondelle 102 est disposée entre le boîtier 10 et le trou de montage 30 de sorte que la rondelle 102 établit une étanchéité entre le détecteur de gaz 1 et le tuyau d'échappement 3. Comme représenté sur la figure 1, le capot de protection 11 possède un capot de protection extérieur et un capot de protection intérieur. Des trous d'entrée de gaz 110 sont formés dans une périphérie extérieure du capot de protection 11 pour collecter des gaz pénétrant dans le capot de protection 11. La première extrémité de l'élément de détection 19 est disposée dans le capot de protection 11. L'élément de détection 19 détermine une concentration d'un gaz spécifié. Le capot extérieur 12 possède un capot extérieur principal 121 et un capot de filtre 122. Le capot extérieur principal 121 est fixé, par soudage, sur la seconde extrémité du boîtier 10. Le capot de filtre 122 est fixé, par matage, sur la seconde extrémité du capot extérieur principal 121. Un filtre hydrophobe 123 est disposé entre le capot extérieur principal 121 et le capot de filtre 122. Le capot extérieur principal 121 et le capot de filtre 122 comportent des trous d'entrée d'air 120 formés dans leur surface latérale, qui est tournée vers le filtre hydrophobe 123, pour collecter l'air pénétrant dans le capot extérieur 12. L'élément de détection 19 est fixé avec un élément d'étanchéité 130 dans un premier isolateur 13 possédant une forme cylindrique creuse. Le premier isolateur 13 est fixé dans le boîtier 10. Un second isolateur 14 est disposé sur une seconde extrémité du premier isolateur 13. Une seconde extrémité de l'élément de détection 19 et des bornes 161 pour envoyer un signal de l'élément de détection 19 sont disposées dans le second isolateur 14. Des fils conducteurs 163 sont connectés à la seconde extrémité des bornes 161 au moyen d'éléments de raccordement 162 à l'extérieur du second isolateur 14. Les fils conducteurs 163 s'étendent à l'extérieur du détecteur de gaz 1 au moyen d'un isolateur en caoutchouc 15, qui est disposé dans la seconde extrémité du capot extérieur 12. Comme représenté sur les figures 1 à 3, dans cette forme de réalisation le dispositif de blocage de conduction de chaleur possède une structure en anneau. Un diamètre extérieur du dispositif 2 de blocage représenté a une valeur approximativement égale au diamètre extérieur de la bride 100. Le dispositif de blocage 2 possède trois gorges annulaires 200 formées dans une périphérie extérieure 201. Le boîtier 10 est formé d'un matériau SUS430 (dont le coefficient de conductivité thermique est égal à 26 W/m C). Dans cette forme de réalisation, le dispositif de blocage 2 est formé du matériau SUS304 (dont le coefficient de conductivité thermique est égal à 16,3 W/m C). Par conséquent le coefficient de conductivité thermique du dispositif de blocage 2 est inférieur à celui du boîtier 10. Comme cela est représenté sur la figure 1, l'épaisseur T1 de la bride 100 dans la direction axiale du détecteur de gaz 1 est égale à environ 3 mm L'inventeur à la base de la présente invention a évalué la conduction thermique du détecteur de gaz en mesurant une température du boîtier 10 du détecteur de gaz 1 (figure 1), et d'un détecteur de gaz classique 9 (figure 15). Le détecteur de gaz 1 et le détecteur de gaz classique 9 sont fixés dans un four de chauffage électrique, qui simule un tuyau d'échappement, de sorte que le capot de protection 11 s'étend dans le four de chauffage électrique. 1 0 Comme cela est représenté sur la figure 7, un thermocouple est inséré dans un trou formé dans la bride 100 de sorte que le thermocouple peut mesurer une température en un point P, qui est situé à une distance de 3 mm (en tant que "a" représenté sur la figure 7) à partir de la seconde extrémité 103 de la bride 100 et est situé à une distance de 1 mm (en tant que "b" représenté sur la figure 7) à partir de la périphérie extérieure de la bride 100. La figure 6 représente le résultat de mesure. Comme on peut le voir sur la figure 6, la température de la bride 100 du détecteur de gaz 1 est inférieure à celle du détecteur de gaz classique 9. La figure 4 illustre la conduction de chaleur à travers le détecteur de gaz 1. Tout d'abord, la chaleur de gaz mesurés est transmise par conduction au capot de protection 11. Ensuite la chaleur est transférée par conduction au boîtier 10 le long d'un trajet de conduction de chaleur Hl. La chaleur du tuyau d'échappement est transmise par conduction au dispositif de blocage 2 par l'intermé- diaire de la rondelle 102 le long d'un trajet de conduction de chaleur H2. La rondelle 102 et le dispositif de blocage 2 bloquent la conduction de chaleur le long du trajet H2. En outre, étant donné que le dispositif de blocage 2 comporte des gorges 200 situées sur la périphérie extérieure 201, la quantité de la chaleur conduite dans le détecteur de gaz 1 diminue. D'autre part, dans le détecteur de gaz classique 9, la chaleur de gaz mesurés est transmise par conduction depuis le capot de protection au boîtier 10 le long des trajets de conduction de chaleur H3 et H4. La chaleur du tuyau d'échappement est transmise par conduction à la bride 100 par l'intermédiaire de la rondelle 102 le long d'un trajet de conduction de chaleur H5, comme représenté sur la figure 5. En résumé, étant donné que le détecteur de gaz 1 selon la présente invention comporte le dispositif de blocage 2, la quantité de chaleur conduite dans le détecteur de gaz 1 est réduite par rapport à celle véhiculée dans le détecteur de gaz classique. Les figures 8 à 14 représentent des structures modifiées d'un dispositif de blocage. La figure 8 représente un dispositif de blocage 2 possédant une structure en anneau et une ou des gorges 200 située(s) dans une périphérie extérieure 201. Dans cette forme de réalisa- tion, la gorge est une gorge circonférentielle et une seule gorge est prévue. La figure 9 représente un dispositif de blocage 2 possédant une structure en anneau simple. Les figures 10 et 11 représentent un dispositif de blocage possédant une structure en anneau et une partie saillante annulaire 203 située sur une périphérie extérieure 201. La figure 12 représente un dispositif de blocage comportant une structure en anneau et un certain nombre de parties saillantes 203 situées sur une périphérie extérieure 201. La figure 13 représente un dispositif de blocage possédant une structure en anneau et une partie saillante annulaire 205 sur une périphérie extérieure 201 au niveau d'une première extrémité de ce dispositif. Un certain nombre de parties saillantes 203 telles que représentées sur la figure 12 peuvent remplacer la partie saillante annulaire 205 telle que représentée sur la figure 13. La figure 14 représente un dispositif de blocage possédant une structure en anneau et une partie saillante annulaire 205 située sur une périphérie extérieure 201 et des parties saillantes 206 situées sur une seconde extrémité de ce dispositif. Les dispositifs de blocage représentés sur les figures 8 à 14 réduisent la quantité de conduction de chaleur. En outre, étant donné que la ou les parties saillantes 203, 204 et 205 rayonnent de la chaleur, le détecteur de gaz comportant la ou les parties saillantes 203, 204 et 205 réduit de plus en plus la quantité de chaleur transmise par conduction. Le dispositif de blocage comportant la ou les parties saillantes 206 peut être utilisé en tant qu'élément d'étanchéité, étant donné que la ou les parties saillantes 206 possèdent une rigidité infé- rieure à celle de l'autre partie du dispositif de blocage. Bien que l'on ait représenté et décrit les formes de réalisation particulières indiquées précédemment de l'invention, ceux qui ont la pratique de l'invention et les spécialistes de la technique comprendront que l'on peut apporter différents changements, modifications et perfectionnements à l'invention. Par exemple, dans les formes de réalisation précédentes, l'élément de détection peut posséder une structure en forme de pot ou une structure stratifiée et peut déter- miner une concentration de l'oxygène ou de gaz NOx. En outre, hormis en ce qui concerne les relations dimensionnelles essentielles spécifiées dans les formes de réalisation précédentes, d'autres gammes et/ou relations dimensionnelles détaillées peuvent être changées ou modifiées de façon appropriée dans la conception des détecteurs de gaz. Par conséquent, la présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites, mais peut être mise en oeuvre d'autres manières sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Détecteur de gaz (1) possédant une première extrémité et une seconde extrémité, caractérisé en ce qu'il comporte: un boîtier cylindrique creux (10) possédant une bride (100) qui fait saillie radialement à partir d'une périphérie extérieure de ce boîtier, un élément de détection (19) fixé dans le boîtier (10), et un dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur, disposé sur une première extrémité (101) de la bride (100). 2. Détecteur de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une rondelle (102) disposée sur une première extrémité du dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur. 3. Détecteur de gaz selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur possède une struc-20 ture en anneau. 4. Détecteur de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur possède au moins une partie saillante (205,206) située sur une première extrémité et/ou sur une seconde extrémité de ce dispositif. 5. Détecteur de gaz selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur possède au moins une partie saillante radiale (205). 6. Détecteur de gaz selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur possède une pluralité de parties saillantes radiales (205). 7. Détecteur de gaz selon la revendication 4, 35 caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de con- duction de chaleur possède au moins une partie saillante axiale (206). 8. Détecteur de gaz selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de con- duction de chaleur possède une pluralité de parties saillantes axiales (206). 9. Détecteur de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur comporte au moins une gorge (200) aménagée dans une périphérie extérieure de ce dispositif. 10. Détecteur de gaz selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur comporte au moins une gorge (200) qui s'étend circonférentiellement dans une périphérie extérieure de ce dispositif. 11. Détecteur de gaz selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur comporte une seule gorge (200). 12. Détecteur de gaz selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur possède une pluralité de gorges (200). 13. Détecteur de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur possède au moins une partie saillante (205) située sur une périphérie extérieure de ce dispositif. 14. Détecteur de gaz selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur possède au moins une partie saillante radiale (205). 15. Détecteur de gaz selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de con-35 duction de chaleur possède une pluralité de parties sail- lantes (205). 16. Détecteur de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur est réalisé en 5 acier inoxydable. 17. Détecteur de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur possède un coeffi- cient de conductivité thermique qui est inférieur à celui 10 du boîtier (10). 18. Détecteur de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur possède une épaisseur égale ou supérieure à 0,2 mm dans une direction axiale du boîtier (10). 19. Détecteur de gaz selon la revendication 18, caractérisé en ce que le dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur possède une épaisseur égale ou inférieure à 3 mm dans une direction axiale du boîtier (10). 20. Procédé de montage d'un détecteur de gaz (1) sur un tuyau d'échappement (3) de manière à réduire la conduction de chaleur provenant du tuyau d'échappement (3) et traversant le détecteur de gaz (1), caractérisé en ce qu'il consiste à . prévoir un détecteur de gaz (1) comprenant un boîtier cylindrique creux (10) possédant une bride (100) qui fait saillie radialement à partir d'une périphérie extérieure de ce boîtier et un élément de détection (19) fixé dans le boîtier (10), disposer au moins un dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur sur une première extrémité (101) de la bride (100); disposer une rondelle (102) sur une première extré-35 mité du dispositif (2) de blocage de conduction de chaleur, et insérer une première extrémité du détecteur de gaz (1) dans un trou de montage (30) formé dans le tuyau d'échappement (3) de telle sorte que la rondelle (102) et le dispositif de blocage (2) sont disposés entre le tuyau d'échappement (3) et la bride (100).