Brevet FR2877094A1 — publié le 20060428

Domaine de l'invention La présente invention concerne un capteur de mesure de gaz, notamment pour déterminer une propriété physique d'un gaz de mesure, de préférence pour déterminer la concentration d'un compo- sant du gaz ou une concentration de particules dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ou pour déterminer la température des gaz d'échappement d'un moteur à combustion in-terne, comprenant un élément de capteur logé dans un boîtier qui a au moins une surface de contact reliée électriquement à un conducteur installé entre la surface de contact et une coquille de contact. Etat de la technique On connaît un tel capteur de mesure de gaz par exemple selon les documents DE 195 42 650 Al et DE 41 26 378 Al. Le capteur de mesure de gaz comporte un élément de capteur allongé, plan dont la structure est par exemple celle décrite dans le document DE 199 41 051 C2. L'élément de capteur est bloqué et rendu étanche dans un boîtier de capteur. L'étanchéité est assurée par une garniture d'étanchéité formée d'une matière pulvérulente placée entre deux pièces moulées en céramique. Les pièces moulées en céramique ont chacune une cavité centrale pour le passage de l'élément de capteur. La garniture d'étanchéité remplit la zone comprise entre l'élément de capteur et le boîtier; elle est comprimée entre les deux pièces céramiques moulées pour que la matière de la garniture d'étanchéité s'applique de façon étanche contre l'élément de capteur et contre la paroi intérieure du bol- tier. Le segment côté branchement de l'élément de capteur comporte des surfaces de contact pour la liaison électrique. Les surfaces de contact sont reliées électriquement à des éléments conducteurs qui transmettent le signal de mesure de l'élément de capteur à un circuit électronique de traitement extérieur au capteur de mesure de gaz. Les éléments conducteurs sont poussés contre les surfaces de contact par deux coquilles de contact en regard. Les coquilles de contact sont entourées à cet effet par un élément de ressort qui comprime les deux coquilles de contact et presse ainsi les éléments conducteurs par les coquilles de contact avec la force requise contre les surfaces de contact. L'inconvénient de cette solution est que le contact de l'élément de capteur réalisé à l'aide de coquilles de contact entourées par des éléments de ressort est d'une fabrication compliquée. De plus, une telle mise en contact exige une grande précision de fabrication des éléments de capteur et des coquilles de contact ainsi que du positionnement dans le boîtier ce qui la rend coûteuse et peu fiable. Un autre inconvénient est que les températures élevées de l'ordre d'au moins 400 C font relâcher la tension exercée par l'élément de ressort si bien que les éléments conducteurs ne sont plus pressés avec la poussée re- quise contre les surfaces de contact. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un capteur de mesure de gaz du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la coquille de contact est entou- rée par une charge de poudre, et la charge de poudre exerce sur la coquille de contact une force qui pousse le conducteur par l'intermédiaire de la coquille de contact contre la surface de contact. Ce capteur de contact permet une mise en contact fiable même aux températures élevees. Comme pendant la compression, la garniture de poudre peut dans une certaine mesure fluer, on compense ainsi les imprécisions relatives aux coquilles de contact et au positionnement des éléments de capteur et des coquilles de contact dans le boîtier. Ainsi, la garniture ou charge de poudre entoure régulièrement la ou les coquilles de contact, s'applique de manière étroite contre la ou les coquilles de contact et la paroi intérieure du boîtier et exerce une force régulière sur la ou les coquilles de contact. D'une manière particulièrement avantageuse, l'invention prévoit deux coquilles de contact en regard entre lesquelles se trouvent le conducteur et la zone de l'élément de capteur avec les surfaces de contact. Cette disposition symétrique permet de détecter un grand nombre de signaux. En même temps, on réduit au minimum la force globale exercée par la mise en contact sur l'élément de capteur. De façon avantageuse, la charge de poudre est installée dans la direction de l'axe longitudinal du boîtier entre une première pièce moulée et une seconde pièce moulée et l'installation de cette première pièce et de cette seconde pièce moulée permet d'exercer sur la charge de poudre une force telle que la charge pousse les coquilles de contact contre les surfaces de contact et réalise ainsi le branchement entre les conducteurs et les surfaces de contact. La seconde pièce moulée est prévue à l'extrémité côté branchement du capteur de gaz de mesure et la première pièce moulée est prévue par rapport à la seconde pièce moulée dans la direction de l'extrémité côté gaz de mesure du capteur. De façon particulièrement avantageuse, entre la première et la seconde pièce moulée, on a en outre une garniture d'étanchéité comprimée entre les deux pièces moulées pour que la garniture d'étanchéité soit appliquée de façon étanche contre l'élément de capteur et contre la paroi intérieure du boîtier. La garniture d'étanchéité rejoint ainsi dans la direction longitudinale du boîtier, la charge de poudre dans la direction de l'extrémité côté gaz de mesure de l'élément de capteur. Grâce à cette disposition, la mise en contact et l'étanchéité de l'élément de capteur ne sont plus séparées mais réalisées par un même moyen. De façon avantageuse, la première pièce moulée comporte une cavité pour recevoir l'élément de capteur et la seconde pièce moulée, comporte un nombre de cavités correspondant au nombre de conducteurs, chaque cavité recevant un conducteur sortant alors du capteur de mesure. Pour comprimer la charge de poudre et le cas échéant la garniture d'étanchéité, il est avantageux que l'extrémité côté branche-ment du boîtier comporte une collerette qui bloque la seconde pièce moulée dans la direction de l'axe longitudinal du capteur de gaz de me-sure, et que le boîtier comporte une zone matée dans sa paroi latérale avec réduction du diamètre intérieur du boîtier, contre laquelle s'appuie la première pièce moulée; ainsi, la collerette et la zone matée du boîtier reçoivent la première et la seconde pièce moulée de façon que la charge de poudre placée entre la première et la seconde pièce moulée et/ ou la garniture d'étanchéité soient comprimées dans la direction longitudinale du capteur de gaz de mesure. Grâce au matage du boîtier on peut exer- cer d'une manière techniquement simple une force importante entre les deux pièces moulées. La collerette du boîtier peut par exemple se réaliser par sertissage. La charge de poudre et/ou la garniture d'étanchéité con- tiennent de préférence une poudre céramique. D'une manière particulièrement avantageuse, la garniture d'étanchéité contient de la stéatite et/ou du nitrure de bore et la charge de poudre contient de l'oxyde de magnésium et/ou du mica. La charge de poudre et/ou la garniture d'étanchéité sont précomprimées par exemple avant leur installation et constituent ainsi un élément facile à manipuler, qui se place de manière simple dans le capteur. En variante, la poudre peut également s'introduire à l'étape produit en vrac. La charge de poudre précomprimée ou introduite en vrac et/ou la garniture d'étanchéité sont comprimées dans l'élément de capteur pour que les garnitures s'appuient contre les composants d'environnement et assurent l'étanchéité ou exercent une force de compression suffisante pour réaliser le contact. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale du capteur de mesure de gaz, - la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 est une coupe selon la ligne III-III de la figure 1. Description du mode de réalisation Le capteur de mesure de gaz 10 représenté aux figures sert par exemple à déterminer la concentration d'oxygène (sonde Lamb-da ou sonde à bande large) la concentration d'hydrocarbures ou encore d'oxydes d'azote NOx contenue dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne ou encore à déterminer la teneur en particules (suie) ou la température des gaz d'échappement. Le capteur de mesure de gaz 10 comporte un segment l0a côté gaz de mesure et un segment 10b côté branchement; il se compose d'un boîtier métallique tubulaire 21 dont le côté extérieur a une forme de six pans 22 ainsi qu'un filetage 22a pour le montage du capteur de mesure de gaz 10 dans une con- duite de gaz de mesure non représentée. Le segment l0a du boîtier 10 côté gaz de mesure porte solidairement un tube de protection 23 muni d'une ouverture 24 par laquelle le gaz de mesure peut arriver à l'intérieur du boîtier 21. Le boîtier 21 du capteur de mesure 10 contient un élément de capteur 11, allongé, plan, ayant un segment côté mesure 31a au niveau du tube protecteur 23. A son segment côté branchement 31b en regard du segment côté gaz de mesure 31a, les surfaces extérieures opposées de l'élément de capteur 31 comportent des surfaces de contact 32. Sur les surfaces de contact 32, on a chaque fois un conducteur 43 relié électriquement à la surface de contact 32. L'élément de capteur 31 est relié à un circuit de traitement externe par les conducteurs 43; ce circuit exploite par exemple le signal de mesure de l'élément de capteur et fournit une tension pour chauffer l'élément de capteur. Le boîtier 21 contient une première pièce moulée en céramique 51 et une seconde pièce moulée en céramique 52. Une garniture d'étanchéité 62, une charge de poudre 61 et deux coquilles de contact 41 en regard sont installées entre la première et la seconde pièce moulée 51, 52. La première pièce moulée 51 s'applique contre une zone matée 71 du boîtier 21. La première pièce moulée 51 comporte une cavité centrale 51a recevant l'élément de capteur 31. La cavité 51a a une forme d'entonnoir pour faciliter l'introduction de l'élément de capteur 31 dans cette cavité 51a. La première pièce moulée 51 rejoint la garniture d'étanchéité 62 qui s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du boîtier 21 de l'élément de capteur 31 jusqu'à la paroi intérieure du boîtier 21 et assure l'étanchéité du segment 10b côté branchement par rapport au segment l0a côté gaz de mesure du capteur de mesure de gaz 10. Les deux coquilles de contact 41, 41a, 41b font suite à la garniture d'étanchéité 62. Ces coquilles entourent l'extrémité 31b côté branchement de l'élément de capteur 31 par les surfaces de contact 32 et les conducteurs 43 appliqués contre les surfaces de contact 32. Les coquilles de contact 41 sont entourées par une charge de poudre 61 arrivant jusqu'au niveau de la paroi intérieure du boîtier 21. La seconde pièce moulée 52 fait suite à la charge de poudre 61 et aux coquilles de contact 41. Cette seconde pièce moulée s'applique contre la collerette 72 du boîtier 21 et dépasse de l'ouverture de la collerette 72 par un segment. La seconde pièce moulée 52 comporte des cavités 52a traversées par les conducteurs 43 sortant du boîtier 21 du capteur de mesure de gaz 10. En matant le boîtier 21 dans la zone de matage 71 et/ ou par le sertissage ou rabattement de la collerette 72, on exerce ainsi une force sur la première et la seconde pièce moulée 51, 52 qui comprime fortement la charge de poudre 61 et la garniture d'étanchéité 62. Ainsi, d'une part, on comprime la charge d'étanchéité 62 et on la pousse contre le boîtier 21 et l'élément de capteur 31 pour que la garniture d'étanchéité s'applique de manière étanche au gaz contre le boîtier 21 et l'élément de capteur 31 et évite ainsi que les gaz d'échappement du segment côté gaz de mesure l0a du capteur de mesure de gaz 10 ne puissent arriver dans la zone côté branchement 10b. D'autre part, la charge de poudre 61 est comprimée pour que les coquilles de contact 41 soient poussées par la charge de poudre 61 en direction des surfaces de contact 32. Ainsi, les conducteurs 43 prévus entre les surfaces de con- tact 32 et les coquilles de contact 41 sont poussées avec une force suffi- sante contre les surfaces de contact 32 pour réaliser une mise en contact électrique fiable de l'élément de capteur 31. Les coquilles de contact 41, 41a, 41b comportent des cavités recevant les conducteurs et d'où les conducteurs dépassent sensiblement de la moitié de leur section. En outre, l'une des coquilles de contact 41b comporte des cavités 44 dans lesquelles pénètre un bec 45 prévu dans l'autre coquille de contact 41a. Les coquilles de contact 41 ont en outre sur leur face tournée vers la seconde pièce moulée 52, un bossage 42 qui pénètre dans les cavités de forme correspondante de la seconde pièce moulée 52. La charge de poudre 61 est formée d'oxyde de magnésium; la garniture d'étanchéité 62 est formée de stéatite. En variante, la garniture d'étanchéité peut être formée de trois couches dans l'ordre suivant: stéatite, nitrure de bore, stéatite. REVENDICATIONS 1 ) Capteur de mesure de gaz (10), notamment pour déterminer une propriété physique d'un gaz de mesure, de préférence pour déterminer la concentration d'un composant du gaz ou une concentration de parti- cules dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ou pour déterminer la température des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comprenant un élément de capteur (31) logé dans un boîtier (21) qui a au moins une surface de contact (32) reliée électriquement à un conducteur (43) installé entre la surface de contact (32) et une coquille de contact (41), caractérisé en ce que la coquille de contact (41) est entourée par une charge de poudre (61), et la charge de poudre (61) exerce sur la coquille de contact (41) une force qui pousse le conducteur (43) par l'intermédiaire de la coquille de con-tact (41) contre la surface de contact (32). 2 ) Capteur selon la revendication 1, caractérisé par deux coquilles de contact (41) en regard entre lesquelles se trouvent un segment (31 b) côté branchement de l'élément de capteur (31) avec au moins une surface de contact (32) et au moins le conducteur (43), et les coquilles de contact (41) sont entourées par la charge de poudre (61). 3 ) Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge de poudre (61) est comprimée dans la direction longitudinale du boîtier (21) pour exercer sur la coquille de contact (41) une force en direction de la surface de contact (32) de l'élément de capteur (31). 4 ) Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge de poudre (61) est installée dans la direction de l'axe longitudinal du boîtier (21) entre une première pièce moulée (51) et une seconde pièce moulée (52), et la charge de poudre (61) est comprimée entre la première et la seconde pièce moulée (51, 52), la seconde pièce moulée (51) étant prévue à l'extrémité côté branche-ment (10b) du capteur (10), alors que la première pièce moulée (51) est installée par rapport à la seconde pièce moulée (52) dans la direction de l'extrémité (l0a) du côté du gaz de mesure du capteur (10). i0 5 ) Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' une garniture d'étanchéité (62) prévue sur le côté de la charge de poudre (61) et/ou de la coquille de contact (41) à l'opposé du segment côté branchement (31b) de l'élément de capteur (31), est également prévue entre la première et la seconde pièce moulée (51, 52) et s'applique contre l'élément de capteur (31). 6 ) Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la garniture d'étanchéité (62) est comprimée entre la première et la seconde pièce moulée (51, 52) pour que l'élément de capteur (31) soit rendu étanche dans le boîtier (21) par la garniture d'étanchéité (62). 7 ) Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première pièce moulée (51) comporte une cavité (5la) notamment en forme d'entonnoir pour recevoir l'élément de capteur (31) et/ou la seconde pièce moulée (52) comporte au moins une cavité (52a) pour rece- voir le conducteur (43), le conducteur (43) sortant du capteur (10) par la cavité (52a) de la seconde pièce moulée (52). 8 ) Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' à son extrémité côté branchement, le boîtier (21) comporte une collerette (72) qui fixe la seconde pièce moulée (52) dans la direction de l'axe longitudinal du capteur (10), et la paroi latérale du boîtier (21) comporte une zone matée (71) avec un diamètre intérieur de boîtier (21) réduit et contre laquelle s'appuie la première pièce moulée (51) de façon que la collerette (72) et la zone matée (71) du boîtier (12) fixent la première et la seconde pièce moulée (51, 52) pour que la charge de poudre (61) installée entre la première et la seconde pièce moulée (51, 52) et/ou la garniture d'étanchéité (62) ins- tallée entre la première et la seconde pièce moulée (51, 52) soit comprimée dans la direction longitudinale du capteur (10). 9 ) Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge de poudre (61) et/ou la garniture d'étanchéité (62) sont constituées par une poudre céramique notamment d'oxyde de magnésium et/ou de stéatite et/ou de nitrure de bore. 10 ) Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge de poudre (61) contient de l'oxyde de magnésium et/ou du mica. 11 ) Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la garniture d'étanchéité (62) contient de la stéatite et/ou du nitrure de bore.