Brevet FR2959562A1 — publié le 20111104

i "Capteur de haute température comportant un fil conducteur équipé d'un tronçon intermédiaire souple" L'invention se rapporte à un capteur de haute température, notamment pour un véhicule automobile, comportant par exemple : - une aiguille creuse d'extrémité avant libre ; - un corps arrière de support de l'aiguille ; - un élément sensible de mesure de la température qui est agencé dans l'aiguille ; io - au moins un fil conducteur de courant électrique qui est apte à connecter électriquement l'élément sensible à une borne associée qui est agencée à l'intérieur de l'aiguille ; - des moyens de fixation d'un tronçon arrière de fixation de chaque fil conducteur sur la borne associée. 15 Les techniques de gestion des moteurs à combustion interne de véhicule requièrent généralement d'effectuer diverses mesures pour suivre en temps réel l'évolution de certains paramètres de fonctionnement du moteur, notamment la température des différents fluides circulant dans les circuits 20 d'admission, d'échappement ou encore de recirculation des gaz d'échappement. Ces différentes mesures permettent notamment de gérer l'alimentation en carburant, les organes de dépollution des gaz d'échappement, etc. Les capteurs de haute température utilisés pour mesurer la 25 température en différents points de ces circuits sont soumis à de fortes contraintes thermomécaniques. La température des gaz d'échappement peut en effet s'élever à plusieurs centaines de degrés Celsius très rapidement. On a représenté à la figure 1 un capteur de haute 30 température 10 réalisé selon l'état de la technique. Un tel capteur 10 comporte un élément sensible 12 qui est agencé dans une aiguille 14 creuse d'extrémité libre du capteur 10. Deux fils conducteurs 16 d'électricité sont aptes à connecter électriquement l'élément sensible 12 à une borne 18 associée. La borne 18 associée est ici formée par un câble 18 qui s'étend depuis un corps de support 20 de l'aiguille 14. Chaque fil conducteur 16 est fixé à la borne 18 associée par des moyens de fixation qui sont ici formés par une soudure 22. Les moyens de fixation sont agencés dans l'aiguille 14 du capteur 10. L'aiguille 14 est la partie du capteur 10 qui est exposée à io la température à mesurer. Pour permettre une mesure rapide, l'aiguille est réalisée en un matériau très bon conducteur de chaleur. Les organes contenus dans l'aiguille 14 sont donc soumis à de fortes contraintes thermomécaniques. En outre, le corps de support 20 est destiné à être fixé à 15 l'extérieur du milieu à haute température. Ainsi les éléments compris dans le corps ne sont pas exposés à de hautes températures. Les fils conducteurs 16 sont réalisés en un matériau résistant aux contraintes thermomécaniques. Le gradient de 20 température à l'intérieur de l'aiguille est tel qu'à une certaine distance axiale de l'élément sensible 12 en se rapprochant du corps de support 20, il est possible de remplacer les fils conducteurs 16 par un câble 18 classique, par exemple en cuivre, qui est moins onéreux à fabriquer que les fils conducteurs 16 25 résistants. On a constaté qu'à l'usage, les contraintes thermomécaniques entraînent des mouvements de l'élément sensible 12 dans l'aiguille 14. Ces mouvements provoquent une flexion des fils conducteurs 16. 30 Du fait de sa faible longueur axiale, le fil conducteur 16 présente une souplesse insuffisante pour absorber les contraintes de flexion. Les contraintes de flexion de chaque fil conducteur 16 se concentrent ainsi sur la soudure 22 qui finit alors par céder. La connexion électrique entre l'élément sensible 12 et le câble 18 est rompue et l'élément sensible 12 n'est plus apte à transmettre les mesures de température. Pour résoudre ce problème, on a proposé de renforcer la soudure 22 afin d'éviter qu'elle ne cède. Cependant, cette solution n'est pas satisfaisante car les contraintes de flexion se concentrent sur la section du fil conducteur 16 qui est encastrée dans la soudure 22. Cette section encastrée ne peut pas se déformer du fait de io l'encastrement. Le fil conducteur 16 est alors rompu avec les mêmes conséquences que précédemment. On a aussi proposé de supprimer le câble 18 formant la borne 18. Le fil conducteur 16 est ainsi directement connecté au corps de support 20. La longueur du fil conducteur 16 est alors 15 sensiblement augmentée par rapport à la solution avec le câble 18. Cependant, cette solution n'est pas satisfaisante car les fils conducteurs 16 sont réalisés en un matériau onéreux tel que du platine ou un alliage de platine pour pouvoir résister aux 20 contraintes thermomécaniques. Le fait d'allonger le fil conducteur 16 entraîne donc un surcoût de production. On a aussi proposé d'équiper l'aiguille 14 du capteur 10 d'un capot de protection pour diminuer les contraintes thermomécaniques s'exerçant sur la soudure 22. Ce capot est 25 percé de manière à permettre le passage de l'extrémité libre de l'aiguille 14 comportant l'élément sensible 12. Cependant, le capot diminue sensiblement la qualité de la mesure en augmentant l'inertie thermique de l'aiguille 14. En outre, le capot est une pièce supplémentaire qui 30 augmente le coût de fabrication du capteur 10. Pour résoudre ces problèmes de manière simple et peu onéreuse, l'invention propose un capteur à haute température du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le fil conducteur comporte au moins un tronçon intermédiaire souple qui est interposé entre l'élément sensible et le tronçon de fixation , le tronçon souple présentant une élasticité en flexion suffisante pour absorber au moins en partie les contraintes de flexion lors d'une flexion du fil conducteur de manière que les contraintes transmises au tronçon de fixation du fil conducteur soient en deçà de la limite de rupture du fil conducteur ou des moyens de fixation. Selon d'autres caractéristiques de l'invention io - le tronçon souple présente une forme curviligne apte à répartir les contraintes mécaniques de flexion sur toute la longueur du tronçon souple ; - le tronçon souple a au moins une cambrure ; - le tronçon souple présente une forme d'accordéon formé 15 d'une succession de cambrures ; - le tronçon souple présente au moins une spire ; - le tronçon souple comporte une pluralité de spires pour former un ressort ; - les spires sont orthogonales à une droite qui joint 20 l'élément sensible au tronçon de fixation ; - le fil conducteur présente une section constante en forme et en dimension le long du tronçon souple et du tronçon de fixation ; - la section transversale du tronçon souple présente une 25 forme et/ou des dimensions différentes de celle du reste du fil conducteur de manière que le tronçon souple présente une plus grande élasticité en flexion dans au moins un plan que le reste du fil conducteur ; - le tronçon souple présente une section rectangulaire de 30 manière à former un ruban. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale qui représente schématiquement un capteur de haute température réalisé selon l'état de la technique ; - la figure 2 est un schéma qui représente un groupe motopropulseur équipé de capteurs à haute température ; - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente un capteur de haute température qui est réalisé selon io un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3 qui représente l'intérieur de l'aiguille d'un capteur de haute température réalisé selon une première variante du premier mode de réalisation de l'invention ; 15 - la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 3 qui représente l'intérieur de l'aiguille d'un capteur de haute température réalisé selon une deuxième variante du premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 4 qui 20 représente l'intérieur de l'aiguille d'un capteur de haute température réalisé selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Pour la suite de la description, on adoptera à titre non limitatif une orientation axiale qui est dirigée d'arrière en avant et 25 qui est indiquée par la flèche "A" des figures 1 et 3 à 6. Pour la suite de la description, des éléments présentant une structure et une fonction identiques, analogues ou similaires seront indiqués par des mêmes numéros de référence. On a représenté à la figure 2 un groupe motopropulseur 24 30 de véhicule automobile qui comporte un moteur 26 à combustion interne. Les cylindres du moteur 26 sont alimentés en air par une conduite d'alimentation 28. Des gaz d'échappements sont rejetés par les cylindres dans une conduite d'échappement 30. Un premier capteur de haute température 32 réalisé selon les enseignements de l'invention est agencé dans la conduite d'échappement 30. Un deuxième capteur de haute température 32 identique est agencé dans la conduite d'alimentation 28. Chaque capteur de haute température 32 a pour fonction de mesurer la température régnant à l'intérieur de la conduite 28 ou 30 associée. Ces mesures réalisées en continu ou ponctuellement sont ici destinées à être transmises à une unité électronique de commande (non représentée) qui pourra effectuer io au moins une fonction de gestion du moteur en fonction de la température mesurée. Par exemple, l'unité électronique de commande permet de commander l'injection de carburant dans les cylindres, ou encore de commander le fonctionnement d'organes de dépollution qui sont interposés dans la conduite 15 d'échappement 30. Cet agencement est donné à titre d'exemple et on comprendra que les capteurs de haute température peuvent être agencés dans d'autres types de conduites telles que les conduites de recirculation de gaz d'échappement lorsque le groupe 20 motopropulseur en est équipé. Les capteurs de haute température 32 sont susceptibles d'être exposés à des températures de l'ordre de plusieurs centaines de degrés Celsius. Les deux capteurs de haute température 32 présentent des 25 structures identiques. Par la suite, on ne décrira qu'un seul capteur de haute température 32 en référence à la figure 3. La description sera applicable à l'autre capteur de haute température 32. Le capteur de haute température 32 comporte une aiguille 30 34 creuse qui est portée par un corps de support 36. L'aiguille 34 s'étend axialement vers l'avant depuis le corps de support 36 jusqu'à une extrémité avant libre 38. L'aiguille 34 est destinée à être plongée dans le milieu dont la température doit être mesurée. Pour simplifier la description, le milieu dont la température doit être mesurée sera par la suite appelé "milieu à mesurer". L'aiguille 34 est réalisée en un matériau conducteur de chaleur présentant une faible inertie thermique, tel qu'un métal ou un alliage métallique, de manière que la température de l'extrémité avant libre 38 de l'aiguille 34 épouse les variations de températures du milieu à mesurer avec un temps de réponse très io court. Lorsqu'elle est ainsi plongée dans le milieu à mesurer, l'aiguille 34 présente un gradient de température décroissant depuis son extrémité avant libre 38 jusqu'au corps de support 36. L'aiguille 34 délimite une chambre intérieure 40 cylindrique 15 axiale qui est fermée de manière que la chambre intérieure 40 ne soit pas en communication avec le milieu à mesurer. Un élément sensible 42 est agencé dans la chambre intérieure 40 de l'aiguille 34. L'élément sensible 42 est agencé plus particulièrement à proximité de l'extrémité libre 38 de 20 l'aiguille 34. L'élément sensible 42 est apte à mesurer une température en émettant un signal électrique représentatif de la température mesurée dit "signal de mesure S". L'élément sensible 42 comporte deux fils conducteurs de courant électrique 44 qui s'étendent parallèlement axialement 25 vers l'arrière. Un seul des deux fils conducteurs 44 est représenté à la figure 3. Les deux fils conducteurs 44 présentent une conformation et des dimensions similaires ou analogues. Un seul des deux fils conducteurs 44 sera donc décrit par la suite. Le fil conducteur 44 est réalisé en un matériau qui est apte 30 à résister à de fortes contraintes thermomécaniques, par exemple en platine ou en un alliage de platine. Le fil conducteur 44 est apte à connecter électriquement l'élément sensible 42 à une borne 46 de contact associée qui est elle-même reliée électriquement à un circuit électrique (non représenté) de communication du signal de mesure "S" jusqu'à l'unité électronique de commande. La borne 46 est agencée dans la chambre intérieure 40 de l'aiguille 34 en interposition entre l'élément sensible 42 et le corps de support 36. Dans l'exemple représenté aux figures, la borne 46 est sensiblement à mi-chemin entre l'élément sensible 42 et le corps de support 36. La borne 46 est ici constituée par un tronçon d'extrémité io avant libre d'un câble électrique 48 qui se prolonge axialement vers l'arrière à travers le corps de support 36 du capteur de haute température 32. Du fait du gradient décroissant de températures, le câble électrique 48 n'est pas exposé à de très hautes températures. Il 15 est donc réalisé en un matériau conducteur d'électricité peu onéreux, tel que du cuivre. Chaque fil conducteur 44 comporte un tronçon d'extrémité arrière 49 de fixation à la borne 46 associée par au moins un point de soudure 50. 20 Le tronçon de fixation 49 et la borne 46 associée sont ainsi agencés à l'intérieur de l'aiguille 34. La chambre intérieure 40 est remplie d'un matériau de calage tel que du ciment de manière à empêcher l'élément sensible 42 et les fils conducteurs 44 d'entrer directement en 25 contact avec la paroi intérieure de la chambre intérieure 40, ainsi que de diminuer l'impact vibratoire sur l'élément sensible. On a constaté que, malgré la présence du matériau de calage, les variations de températures provoquaient une déformation en flexion des fils conducteurs 44. L'élément sensible 30 est alors déporté radialement selon la flèche "F" de la figure 3, dans un sens ou dans l'autre. Lors de sa déformation en flexion, le fil conducteur 44 se comporte à la manière d'une poutre encastrée, le point de soudure 50 faisant office d'encastrement. Ainsi, les contraintes de flexion maximales s'exercent sur la section ponctuelle du fil conducteur 44 qui est en contact avec la soudure 50. Pour éviter que cette flexion fasse rompre la soudure 50, la soudure 50 est avantageusement renforcée. Dans l'exemple représenté à la figure 3, la fixation est réalisée par deux points de soudure 50. Pour éviter que les contraintes de flexion ne soient concentrées sur la section encastrée du fil conducteur 44 située io en contact avec la soudure 50, le fil conducteur 44 comporte au moins un tronçon intermédiaire souple 52 qui est interposé entre l'élément sensible 42 et le tronçon de fixation 49. Le tronçon souple 52 présente une élasticité en flexion qui est apte à absorber au moins en partie les contraintes de flexion. 15 Ainsi, la totalité des contraintes de flexion ne se reportent pas sur la soudure 50 ou sur la section encastrée de fil conducteur 44 située en contact avec la soudure 50. Plus particulièrement, le tronçon souple 52 présente une élasticité suffisante pour que les contraintes transmises à l'extrémité de fixation du fil conducteur 20 44 soient très en deçà de la limite de rupture du fil conducteur 44 ou de la soudure 50. Le tronçon souple 52 présente ici une élasticité en flexion supérieure à celle du tronçon de fixation 49. Selon un premier mode de réalisation de l'invention qui est 25 représenté à la figure 3, le tronçon souple 52 présente une section transversale constante en forme et en dimensions tout au long du fil conducteur 44. Pour conférer au tronçon souple 52 l'élasticité nécessaire, le tronçon souple 52 est courbé par déformation plastique de manière à présente une forme curviligne 30 apte à répartir les contraintes mécaniques de flexion sur toute la longueur du tronçon souple. 2959562 i0 Ainsi, au lieu d'être concentrées en un point du fil conducteur 44, les contraintes sont réparties sur toute la longueur du tronçon souple 52. Dans l'exemple représenté à la figure 3, le tronçon souple 5 52 présente une cambrure. La cambrure 52 s'étend avantageusement dans le plan de flexion du fil conducteur 44 afin de réaliser une répartition régulière des contraintes de flexion. Selon une variante de l'invention représentée à la figure 4, io le tronçon souple 52 présente une forme d'accordéon. Le tronçon souple 52 présente ainsi une succession de cambrures qui peuvent s'étendre toutes dans un plan commun ou dans des plans différents. Selon encore une autre variante de l'invention qui est 15 représentée à la figure 5, le tronçon souple 52 présente au moins une spire. Le tronçon souple 52 comporte ici une pluralité de spires pour former un ressort hélicoïdal ou à spiral. Les spires 52 s'étendent ici orthogonalement à une droite qui joint l'élément sensible au tronçon de fixation. 20 On comprendra cependant que les spires peuvent aussi s'étendrent dans un autre plan. Par exemple, les spires peuvent s'étendrent dans un plan axial de manière que le tronçon souple forme un ressort de torsion. Selon un deuxième mode de réalisation représenté à la 25 figure 6, la section transversale du tronçon souple 52 présente une forme et/ou des dimensions différentes de celle du reste du fil conducteur 44 de manière que le tronçon souple 52 présente une plus grande élasticité que le reste du fil conducteur 44. Dans l'exemple représenté à la figure 6, le tronçon souple 30 52 présente la forme d'un ruban de section rectangulaire présentant une même aire que la section du reste du fil conducteur 44. Le ruban s'étend dans un plan axial. Ainsi, cette Il forme du tronçon souple 52 permet une plus grande souplesse pour une flexion dans un plan orthogonal au plan du ruban. On comprendra que l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés. Les différents modes de réalisation et les variantes peuvent être combinés pour obtenir un fil conducteur 44 comportant un ou plusieurs tronçons souples 52. Par exemple, le tronçon souple peut présenter une section rectangulaire pour former un ruban et être cambré selon le premier mode de io réalisation. L'invention permet ainsi de réaliser de manière simple et peu onéreuse un capteur de haute température dans lequel les fils conducteurs sont susceptibles d'absorber les contraintes de flexion par déformation élastique d'un tronçon souple. L'invention 15 permet notamment d'éviter que les contraintes de flexion en certains points du fil conducteur 44 ne dépassent un seuil de rupture dudit fil. REVENDICATIONS1. Capteur de haute température (32), notamment pour un véhicule automobile, comportant : - une aiguille (34) creuse d'extrémité avant libre ; - un corps arrière de support (36) de l'aiguille (34) ; - un élément sensible (42) de mesure de la température qui est agencé dans l'aiguille (34) ; - au moins un fil conducteur (44) de courant électrique qui est apte à connecter électriquement l'élément sensible (42) à une borne (46) associée qui est agencée à l'intérieur de l'aiguille (34) ; - des moyens (50) de fixation d'un tronçon arrière de fixation (49) de chaque fil conducteur (44) sur la borne (46) associée ; caractérisé en ce que le fil conducteur (44) comporte au moins un tronçon intermédiaire souple (52) qui est interposé entre l'élément sensible (42) et le tronçon de fixation (49), le tronçon souple (52) présentant une élasticité en flexion suffisante pour absorber au moins en partie les contraintes de flexion lors d'une flexion du fil conducteur (44) de manière que les contraintes transmises au tronçon de fixation (49) du fil conducteur (44) soient en deçà de la limite de rupture du fil conducteur (44) ou des moyens de fixation (50). 2. Capteur (32) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tronçon souple (52) présente une forme curviligne apte à répartir les contraintes mécaniques de flexion sur toute la longueur du tronçon souple (52). 3. Capteur (32) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tronçon souple (52) au moins une cambrure. 4. Capteur (32) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tronçon souple (52) présente une forme d'accordéon formé d'une succession de cambrures. 5. Capteur (32) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le tronçon souple (52) présente au moins une spire. 6. Capteur (32) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tronçon souple (52) comporte une pluralité de spires pour former un ressort. 7. Capteur (32) selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les spires sont orthogonales à une droite qui joint l'élément sensible (42) au tronçon de fixation (49). 8. Capteur (32) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil conducteur (44) présente une section constante en forme et en dimension le long du tronçon souple (52) et du tronçon de fixation (49). 9. Capteur (32) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section transversale du tronçon souple (52) présente une forme et/ou des dimensions différentes de celle du reste du fil conducteur (44) de manière que le tronçon souple (52) présente une plus grande élasticité en flexion dans au moins un plan que le reste du fil conducteur (44). 10. Capteur (32) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le tronçon souple (52) présente une section rectangulaire de manière à former un ruban.