Brevet FR3007067A1 — publié le 20141219

CAPTEUR DE GAZ ET SYSTÈME D'AIDE AU PRÉCHAUFFAGE D'UNCAPTEUR DE GAZ La présente invention concerne un capteur de gaz et un système d'aide 5 au préchauffage d'un capteur de gaz, ainsi qu'un procédé de préchauffage d'un tel capteur. L'invention concerne également un véhicule automobile comportant un système d'aide au préchauffage d'un capteur de gaz. Elle trouve une 10 application particulièrement avantageuse sur les sondes à oxygène. Les gaz d'échappement sont constitués d'espèces gazeuses qu'il est nécessaire de dépolluer. 15 Ce traitement a lieu dans un catalyseur qui, réalisé en matériau tel que la céramique, généralement imprégné de métaux précieux, permet des réactions chimiques de catalyse. Pour les moteurs à allumage commandé, par exemple les moteurs à 20 essence, le traitement des espèces oxydantes et réductrices dans le catalyseur se fait de manière alternative autour de la richesse 1. La connaissance de la richesse, caractérisée par le rapport de la masse de carburant sur la masse d'air, est importante pour tous les véhicules, 25 puisqu'elle conditionne une bonne combustion du mélange. Il est donc nécessaire de faire « osciller » la richesse du gaz d'échappement autour de cette valeur pour optimiser le traitement des espèces gazeuses. 30 Cette oscillation est réalisée à l'aide d'un capteur de gaz particulier, dit sonde à oxygène, qui est généralement fabriquée en céramique zircone. Le signal de sortie d'une telle sonde peut, par exemple, varier 5 proportionnellement à la richesse du gaz (sonde dite « sonde proportionnelle »). En variante, le signal peut aussi basculer d'une valeur fixe à une autre valeur fixe autour de la richesse 1 (sonde dite « sonde lambda »).En 10 calibrant un seuil de tension sur la zone de basculement, le pilotage de l'oscillation de la richesse, devant l'emplacement où est localisé le catalyseur, est fait à l'aide de mesures réalisées par la sonde. Une sonde à oxygène du type « sonde lambda » est décrite dans la 15 publication US20060032744, qui divulgue une résistance chauffante classique de sonde à base de zircone, c'est-à-dire intégré à un élément sensible d'un capteur en zircone et apte à chauffer cet élément sensible pour l'amener à sa température de fonctionnement. 20 Cependant une telle sonde, constituée de céramique, a un inconvénient majeur qui est lié au fait qu'elle requiert un certain temps d'activation avant d'être pleinement fonctionnelle. En effet, au démarrage du moteur, il subsiste systématiquement un laps 25 de temps important avant que cette sonde ne délivre un signal exploitable. Le réglage de la richesse durant ce temps n'est donc pas effectué correctement, ce qui est problématique pour les performances et/ou les 30 émissions polluantes du véhicule. De plus, ce temps est souvent prolongé du fait que la sonde n'est activée que sous la condition que le point de rosée soit dépassé. En effet, la céramique dont est faite cette sonde peut-être endommagée 5 par la présence d'humidité de condensation dans le flux de gaz d'échappement, dans les premières secondes après le démarrage, lorsqu'elle est fortement chauffée. Il convient donc d'attendre systématiquement que l'humidité de 10 condensation ait complètement disparu pour disposer du signal, c'est dire que le point de rosée soit dépassé. La présente invention vise à résoudre ces problèmes résultant des inconvénients de l'état de l'art. 15 Avantageusement, un capteur de gaz selon l'invention, par exemple une sonde à oxygène, est opérationnel dès le démarrage du véhicule. En particulier, l'invention peut facilement être mise en oeuvre pour des 20 sondes à oxygène existantes, notamment les sondes lambda. Elle est également utilisable pour d'autres types de capteurs de gaz équipant les véhicules automobiles, par exemple une sonde à oxydes d'azote. Dans ce dessein, l'invention concerne un capteur de gaz de véhicule 25 automobile, comprenant un corps, un capot de protection du corps et un élément sensible logé dans le capot, ce capteur de gaz comporte des moyens de chauffage du capot. Dans d'autres modes de réalisation: 30 - le capteur est constitué d'une sonde à oxygène ou d'une sonde à oxydes d'azote; - les moyens de chauffage sont aptes à générer de la chaleur par : - rayonnement infrarouge ; - conduction directe ou indirecte ; - rayonnement électromagnétique, et/ou - induction; - les moyens de chauffage sont agencés à distance de l'élément sensible; - les moyens de chauffage comportent une résistance; - la résistance de chauffage est filaire, et qu'une partie de la longueur dudit fil se déploie sur la surface intérieure du capot, et - la partie de la résistance filaire déployée sur la surface intérieure du capot est en forme de créneaux. L'invention concerne également, un système d'aide au préchauffage d'un tel capteur comprenant une unité de calcul connectée à au moins un capteur apte à détecter une présence humaine à proximité du véhicule ou dans le véhicule, et à un interrupteur apte à déclencher l'alimentation électrique des moyens de chauffage du capot lorsqu'une telle présence est détectée. Avantageusement, le capteur peut être choisi parmi l'un des éléments suivants : - capteur volumétrique agencé dans un habitacle de véhicule ; - capteur de pression agencé dans le siège conducteur d'un véhicule, et/ou - capteur d'ouverture et/ou de fermeture de la portière conducteur d'un véhicule D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux figures ci-dessous, réalisé à titre d'exemple indicatif et non limitatif : la figure 1 représente très schématiquement un capteur de gaz selon ce mode de réalisation de l'invention, et la figure 2 décrit le système d'aide au préchauffage d'une sonde à oxygène selon ce mode de réalisation. Le capteur de gaz 1, par exemple une sonde à oxygène, illustré à la figure 10 1 comprend de manière classique : - un corps 2 de forme générale cylindrique ; - un dispositif de fixation 3 de la sonde 1 sur une tubulure d'échappement d'un moteur (visible sur la figure 2), par exemple un disque 3 fileté sur sa surface latérale 15 cylindrique ; - un élément sensible 4 de la sonde, apte à mesurer la concentration des gaz en oxygène, de forme oblongue, qui prolonge le corps 2 en dessous du dispositif de fixation 3, et qui est représenté par des traits pointillés sur la figure 1, et, 20 - un capot 5 de protection 2, de forme générale cylindrique, qui s'étend en dessous du dispositif de fixation 3, et dans lequel est logé l'élément sensible 4 de la sonde. Selon l'invention, la sonde 1 comporte aussi des moyens de chauffage 6 du capot 5. Avantageusement, ces moyens 6 sont constitués par une 25 résistance filaire 6, dont une partie de la longueur se déploie sur la surface intérieure cylindrique du capot de protection 5. La résistance filaire peut, par exemple, être disposée en forme de créneaux sur la surface intérieure du capot 5, ou prendre toute autre forme qui assure une zone de contact uniformément répartie entre la résistance 6 et le capot 5, de manière à chauffer le capot 5 de manière homogène sur l'ensemble de sa surface cylindrique. La résistance 6 est alimentée en courant électrique par des éléments de connexion 7. En variante non représentée, la résistance 6 peut se confondre avec le capot 5 lui-même quand celui-ci est métallique. Dans ce cas, seuls des 10 éléments de connexion 7 supplémentaires sont nécessaires pour relier le capot 5 à la source de courant électrique. Par exemple, le matériau métallique du capot 6 peut avoir un coefficient de conductivité thermique élevé qui peut être de l'ordre de 20 W.m-1.K-1 à 500°C. Un tel matériau métallique est, par exemple, un acier inoxydable : 15 par exemple l'acier 1.4845, ou l'acier SAE J405 S31008. En variante non représentée également, la résistance 6 peut être remplacée par d'autres moyens de chauffage 6 du capot 5, fonctionnant par rayonnement infrarouge, conduction directe ou indirecte, rayonnement électromagnétique, ou induction, qui entourent l'élément sensible 4 de la 20 sonde 1 sans contact avec lui. De tels moyens en chauffant le capot 5 et non pas directement l'élément sensible 4, permettent d'éliminer l'humidité au voisinage de l'élément sensible 4 sans risquer de provoquer de choc thermique sur celui-ci comme c'est le cas dans le cas des dispositifs de chauffage intégrés à 25 l'élément sensible 4 qui sont connus de l'état de la technique. La sonde1, ainsi que l'illustre la figure 2, est généralement agencée au niveau d'une tubulure 8 des gaz d'échappement d'un moteur 9 à combustion interne d'un véhicule et plus précisément à proximité d'un catalyseur 10. Cette sonde 1 peut être agencée en amont du catalyseur 10. Certains véhicules peuvent comprendre une deuxième sonde 1 qui est positionnée 5 derrière ce catalyseur 10 à des fins de diagnostic et de recentrage de l'information donnée par la sonde située en amont du catalyseur 10. A la figure 2 est représenté aussi un système 11 d'aide au préchauffage de la sonde 1. Ce système 11 d'aide au préchauffage comporte : 10 - au moins un capteur 12 ; - une unité de calcul 13, et - un interrupteur 14. Dans ce système 11 d'aide au préchauffage, l'unité de calcul 13 est connectée à un ou plusieurs capteurs 12 et également à l'interrupteur 14. 15 Ce système 11 peut être connecté au circuit électrique du véhicule ou de manière alternative comprendre une batterie qui peut être rechargeable. L'interrupteur 14 est relié aux éléments de connexion 7, par l'intermédiaire de moyens de liaison 15. Le système 11 d'aide au préchauffage peut comprendre un ou plusieurs 20 capteurs 12 aptes à lui transmettre chacun un signal relatif à la détection d'une présence humaine à proximité du véhicule ou dans celui-ci. De manière classique, un tel capteur 12 est par exemple : - un capteur volumétrique agencé dans l'habitacle du véhicule ; 300 706 7 8 - un capteur de pression agencé dans le siège conducteur d'un véhicule, et/ou - un capteur d'ouverture et/ou de fermeture de la portière conducteur d'un véhicule, et/ou - un capteur de proximité, par exemple une carte de contact apte à provoquer le déverrouillage automatique des portières. Un tel capteur 12 a pour fonction de détecter une présence humaine, qui peut être la présence du conducteur, de façon que la sonde 1 soit activée par le système 11 d'aide au préchauffage avant que le moteur 9 du 10 véhicule ne puisse être démarré. En d'autres termes, ce capteur 12 a pour fonction de prédire et d'avertir l'unité de calcul 13 d'une potentielle utilisation imminente du véhicule. Le capteur 12 transmet un signal à l'unité de calcul 13 du système 11. Celle-ci émet un signal de commande en direction de l'interrupteur 14 15 avec lequel elle est reliée, pour provoquer l'établissement de l'alimentation électrique des moyens de chauffage 6. Le capot 5 de protection en métal peut ainsi être porté à une température comprise entre environ 100 à 200°C dans un laps de temps assez court de l'ordre de 2 à 5 secondes. 20 Le capot 5 de protection, étant alors porté à une température élevée lorsque le véhicule est mis en marche, est apte à éliminer par évaporation l'humidité de condensation comprise dans le gaz d'échappement. Ainsi, la sonde 1 est donc immédiatement disponible dès la mise en marche du véhicule et le réglage de la richesse peut donc être effectué. 25 REVENDICATIONS1. Capteur de gaz (1) de véhicule automobile, comprenant un corps (2) un capot de protection (5) du corps (2) et un élément sensible (4) logé dans le capot (5), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de chauffage (6) du capot (5). 2. Capteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une sonde à oxygène ou d'une sonde à oxydes d'azote. 10 3. Capteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de chauffage (6) sont aptes à générer de la chaleur par : - rayonnement infrarouge ; 15 - conduction directe ou indirecte ; - rayonnement électromagnétique, et/ou - induction. 4. Capteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 20 3, caractérisé en ce que les moyens de chauffage (6) sont agencés à distance de l'élément sensible (4). 5. Capteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de chauffage (6) 25 comportent une résistance (6). 6. Capteur (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la résistance (6) de chauffage est filaire, et qu'une partie de la longueur dudit fil se déploie sur la surface intérieure du capot (5). 30 7. Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie de la résistance (6) filaire déployée sur la surface intérieure du capot (5) est en forme de créneaux. 8. Système d'aide au préchauffage (11) d'un capteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de calcul (13) connectée à au moins un capteur (12) apte à détecter une présence humaine à proximité du véhicule ou dans le véhicule, et à un interrupteur (14) apte à déclencher l'alimentation électrique des moyens de chauffage (6) du capot (5) lorsqu'une telle présence est détectée. 9. Système (11) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le capteur (12) peut être choisi parmi l'un des éléments suivants : - capteur volumétrique agencé dans un habitacle de véhicule ; - capteur de pression agencé dans le siège conducteur d'un véhicule, et/ou - capteur d'ouverture et/ou de fermeture de la portière conducteur d'un véhicule20