Brevet FR3044768A1 — publié le 20170609

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un détecteur de gaz pour mesurer la concentration d'un composant ou une propriété d'un gaz d'échappement dans la conduite des gaz d'échappement d'un mo- teur à combustion interne, notamment d'un moteur à allumage non commandé, comportant un élément de détecteur fixé dans un boîtier et un tube protecteur à double paroi ayant un manchon protecteur extérieur et un manchon protecteur intérieur munis d'au moins un orifice pour l'entrée et/ou la sortie des gaz, le manchon protecteur intérieur entourant une chambre de mesure de gaz dans laquelle l'élément de capteur vient en saillie par un segment, côté gaz de mesure, dans la direction longitudinale du détecteur de gaz, et entre le manchon protecteur extérieur et le manchon protecteur intérieur, il y a un espace intermédiaire pour conduire les gaz dans la chambre de mesure de gaz. Etat de la technique Selon l'état de la technique, on connaît déjà des détecteurs de gaz. Le document EP 0 824 694 Al décrit un détecteur de gaz comportant un élément de détecteur fixé de manière étanche au gaz, dans un boîtier métallique. Le détecteur de gaz a un tube protecteur à double paroi composé d'un manchon protecteur extérieur et d'un man- chon protecteur intérieur ayant chacun des orifices pour l'entrée et/ou la sortie des gaz. Le manchon protecteur intérieur forme une chambre de mesure de gaz dans laquelle pénètre l'élément de détecteur avec un segment, côté gaz d'échappement. Le manchon protecteur extérieur a une surface enveloppe fermée et les orifices d'entrée de gaz et/ou de sortie de gaz se trouvent dans l'espace intermédiaire sur le côté frontal du manchon protecteur extérieur. But de l'invention Les inventeurs ont constaté que dans des applications du détecteur de gaz connu avec un faible débit de gaz de mesure et une forte teneur en suie, l'intérieur du détecteur s'encrassait plus que cela était acceptable et réduisait ainsi la dynamique du détecteur de gaz dans cet état de mesure. 3044768 2 L'invention a pour point de départ la reconnaissance du fait que de tels effets étaient une conséquence de la faible vitesse d'écoulement du gaz de mesure dans le tube protecteur. La présente invention a pour but de remédier à de tels 5 inconvénients. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un détecteur de gaz du type défini ci-dessus caractérisé en ce que la surface enveloppe du manchon protecteur extérieur comporte au moins un orifice pour 10 l'entrée et/ou la sortie des gaz dans l'espace intermédiaire. Ainsi et en d'autres termes, selon l'invention, il est prévu au moins un orifice d'entrée et/ou de sortie des gaz dans l'espace intermédiaire, cet orifice étant réalisé dans la surface enveloppe du manchon protecteur extérieur permettant d'augmenter la vitesse de passage 15 du gaz de mesure dans le tube protecteur et d'éviter ainsi un dépôt ex- cessif de suie dans le tube protecteur de façon que la dynamique du détecteur de gaz reste inchangée, à un niveau élevé. En d'autres termes, selon l'invention, il y a ainsi au moins un orifice d'entrée et/ ou de sortie de gaz dans le manchon pro- 20 tecteur intérieur et dans le manchon protecteur extérieur. Selon l'invention, au moins un orifice respectif est un orifice de ce type au cas où il y a précisément un tel orifice mais en variante, tous les orifices de ce type sont considérés dans le cas où il y a plusieurs orifices. 25 Pour déterminer si un orifice est un orifice d'entrée de gaz ou un orifice de sortie de gaz du manchon protecteur respectif, on suppose qu'au moins un orifice de sortie de gaz se trouve dans la direction longitudinale du détecteur de gaz, côté gaz de mesure, par rapport à au moins un orifice d'entrée de gaz. Comme déjà indiqué, au moins un ori- 30 face d'entrée de gaz et/ou au moins un orifice de sortie de gaz peuvent en réalité être constitués chaque fois par plusieurs orifices. La relation indiquée concerne alors tous les orifices d'entrée de gaz par rapport à tous les orifices de sortie de gaz. La répartition des orifices, en orifices d'entrée de gaz et en orifices de sortie de gaz implique notamment les écoulements qui se 3044768 3 développent dans le détecteur de gaz selon l'invention lorsque celui-ci est exposé à un passage latéral de gaz dont la vitesse d'écoulement dans la zone de l'extrémité, côté gaz de mesure du détecteur de gaz, est supérieure à celle dans une zone plus proche du boîtier du détecteur de gaz. 5 Cela se produit par exemple dans le cas d'un détecteur de gaz vissé dans un manchon récepteur d'une conduite de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne tel que défini ci-dessus, sans toutefois couper l'axe central de la conduite. Dans ce cas, pendant le fonctionnement du détecteur de gaz selon l'invention, notamment du fait de 10 l'effet de cheminée, le gaz de mesure passe par au moins un orifice d'entrée de gaz du manchon protecteur extérieur pour arriver dans le tube protecteur. Selon un développement avantageux, la face frontale du manchon protecteur extérieur comporte un autre orifice pour l'entrée 15 et/ou la sortie des gaz dans l'espace intermédiaire. Selon un développement avantageux, l'autre orifice pour l'entrée et/ou la sortie des gaz est réalisé sous la forme d'un intervalle autour du manchon protecteur intérieur laissé entre le manchon protecteur extérieur et le manchon protecteur intérieur. 20 Selon un développement avantageux, le manchon protec- teur intérieur comporte dans sa surface enveloppe, au moins un orifice pour l'entrée et/ou la sortie des gaz, et au moins un autre orifice pour l'entrée et/ou la sortie des gaz du manchon protecteur intérieur est prévu dans la face frontale du manchon protecteur intérieur. 25 Selon un développement avantageux, l'autre orifice est dans la face frontale de l'autre tube protecteur qui peut notamment être un orifice de sortie de gaz. Selon un développement, l'orifice de sortie de gaz du manchon protecteur extérieur est réalisé sous la forme d'un intervalle 30 périphérique autour du manchon protecteur intérieur, entre le man- chon protecteur extérieur et le manchon protecteur intérieur. Les essais ont montré que l'on évite en outre le refroidis- sement excessif de l'élément de détecteur si l'intervalle périphérique est sous la forme d'un intervalle étroit. Un intervalle étroit est notamment 35 un intervalle dont la largeur est égale à 1,5 mm ou moins, par exemple 3044768 4 0,8 mm. Des valeurs comprises entre 1,5 mm et 0,8 mm peuvent également être utilisées de manière préférentielle selon l'invention. De manière avantageuse, le manchon protecteur intérieur présente également au moins un orifice dans sa surface enveloppe, cet 5 orifice étant un orifice d'entrée de gaz et il a en outre au moins un autre orifice dans sa face frontale intérieure qui constitue notamment un ori- fice de sortie de gaz. On garantit de cette manière le passage avec une dynamique élevée dans la chambre de mesure de gaz. Selon un développement, il est avantageux que le ou les 10 orifices dans la surface enveloppe du manchon protecteur intérieur sont plus petits que le ou les orifices de la surface enveloppe du manchon protecteur extérieur et cela par rapport à la section de l'orifice individuel et/ ou par rapport à la section de l'ensemble des orifices de la surface enveloppe du manchon protecteur respectif. Cela permet d'éviter un re- 15 froidissement excessif de l'élément de détecteur. Il est en outre intéressant qu'au moins un orifice d'entrée et/ ou de sortie de gaz et au moins un autre orifice d'entrée et/ ou de sortie de gaz du manchon protecteur intérieur se trouvent globalement côté gaz de mesure de l'élément de détecteur dans la direction longitu- 20 dinale du détecteur de gaz car dans ce cas, il se développe un écoule- ment intérieur du tube protecteur et à l'intérieur de la chambre de mesure de gaz, la direction principale d'écoulement étant la direction opposée à celle de l'élément de détecteur, ce qui évite l'encrassage de l'élément de détecteur même dans le cas d'un gaz de mesure retenant 25 fortement la suie. Selon un autre développement de l'invention, au moins un orifice de la surface enveloppe du manchon protecteur intérieur fait partie d'une couronne d'orifices équidistants. De manière particulièrement avantageuse, le nombre des orifices formant la couronne d'entrée 30 est un nombre naturel impair différent de l'unité et en particulier il est égal à 5 ou à 7 ou à 9. Les orifices sont ainsi écartés les uns des autres d'un angle de 72°, 51,5°, 40° ou selon des angles voisins. Les fonctions de l'élément de détecteur, notamment la demande de puissance de chauffage de l'élément de détecteur 12 à une température déterminée, 3044768 5 dépend moins de l'orientation du détecteur de gaz 1 à l'arrivée de la veine de gaz de mesure. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière 5 plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un détecteur de gaz représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre la section d'un détecteur de gaz selon l'invention, - la figure 2 montre un exemple d'intégration du détecteur de gaz 10 selon l'invention et des écoulements qui se développent dans le tube protecteur, et - la figure 3 montre schématiquement les avantages particuliers qui résultent du choix du nombre impair d'orifices dans la surface enveloppe du manchon protecteur intérieur. 15 Description de modes de réalisation La figure 1 montre un exemple de réalisation d'un détecteur de gaz 1 selon l'invention comportant un élément détecteur 12 fixé dans un boîtier 11 avec un joint 19 en stéatite et/ou en nitrure de Bore. Le boîtier 11 comporte un filetage 50 et un six pans extérieur 51, ce qui 20 permet de visser le détecteur de gaz 1 dans un filetage complémentaire 60 de l'embout 52 dans une conduite 53 (figure 2) avec un tube protecteur 16 soudé au boîtier et préalablement vissé. Le tube protecteur 16 est à double paroi avec un manchon protecteur intérieur 18 et un manchon protecteur extérieur 17. 25 Le manchon protecteur intérieur 18 entoure avec le boîtier 11 et son joint 19, une chambre de mesure de gaz 33 dans laquelle pénètre le segment 13, côté gaz de mesure, de l'élément de détecteur 12. Le manchon protecteur intérieur 18 a une surface enveloppe 183 et une surface frontale 184 reliées l'une à l'autre par une zone in- 30 clinée conique. Le manchon protecteur intérieur 18 comporte sur sa surface enveloppe 183, côté gaz de mesure de l'élément de détecteur 12, c'est-à-dire selon la figure 1, au-dessus de l'élément de détecteur 12, une couronne d'orifices composée par exemple de six orifices 181 permettant l'entrée des gaz dans la chambre de mesure de gaz 33. Le man- 35 chon protecteur intérieur 18 a en outre sur sa face frontale 184, un 3044768 6 orifice central 182 permettant la sortie du gaz de la chambre de mesure de gaz 33. Le manchon protecteur extérieur 17 entoure la partie du manchon protecteur intérieur 18 tournée vers le boîtier 11. La partie du 5 manchon protecteur intérieur 18 tournée vers le gaz de mesure dans la direction longitudinale 78 du détecteur de gaz 1 dépasse du manchon protecteur extérieur 17. La surface enveloppe 173 du manchon protecteur extérieur 17 est une couronne d'orifices ayant par exemple huit orifices 171 permettant l'entrée des gaz dans l'espace intermédiaire 35, 10 annulaire, formé entre le manchon protecteur extérieur 17 et le man- chon protecteur intérieur 18. Le côté frontal 174 du manchon protecteur extérieur 17 réalise entre le manchon protecteur extérieur 17 et la surface enveloppe 183 du manchon protecteur intérieur 18, un étroit intervalle 172 périphérique permettant la sortie des gaz de l'espace in- 15 termédiaire 35. Les orifices 171 du manchon protecteur extérieur 17 sont décalés par rapport aux orifices 181 du manchon protecteur intérieur 18, dans la direction du boîtier 11. Les orifices 181 du manchon protecteur intérieur 18 sont 20 séparés et leur somme est inférieure à celle des orifices 171 du man- chon protecteur extérieur 17. L'intervalle périphérique 172', étroit, a une largeur de 1 mm. La figure 2 montre un exemple d'une application du dé- 25 tecteur de gaz 1 selon l'invention en étant intégrée dans la conduite 53 des gaz d'échappement d'un moteur thermique à allumage non commandé (non représenté). Comme le détecteur de gaz 1 ne coupe pas l'axe central 53a de la conduite des gaz d'échappement 53, la vitesse de la veine à laquelle est exposé le détecteur de gaz 1 dans la direction du 30 côté des gaz de mesure, c'est-à-dire que la veine dans la zone des ori- fices 171 dans la surface enveloppe 173 du manchon protecteur extérieur 17, est inférieure à celle des orifices 172 dans la région de la surface frontale 174 du manchon protecteur extérieur 17 pour revenir de là, légèrement au-delà de la zone de la surface frontale 184 du man- 35 chon protecteur intérieur 18. 3044768 7 Ces vitesses d'écoulement, génèrent une pression statique au niveau des orifices concernés, qui est la plus faible dans la région de la surface frontale 184 du manchon protecteur intérieur 18 et la plus élevée dans la région des orifices 171 de la surface enveloppe 173 5 du manchon protecteur extérieur 17. Il en résulte une circulation à l'intérieur du tube protecteur 16 par les orifices 171 de la surface enveloppe 173 du manchon protecteur extérieur 17 dans l'espace intermédiaire 35 ; une certaine partie de cette circulation traverse les orifices étroits périphériques 172 10 de la surface enveloppe 174 du manchon protecteur extérieur 17 pour en sortir de nouveau. Une autre fraction de la veine des gaz traversant les orifices 171 de la surface enveloppe 173 du manchon protecteur extérieur 17 dans l'espace intermédiaire 35, bifurque à travers les orifices 181 de la surface enveloppe 183 du manchon protecteur intérieur 18 15 vers la chambre de mesure de gaz 33 et il sort de nouveau en passant par l'orifice 182 de la surface frontale 184 du manchon protecteur intérieur 18. La turbulence dans le manchon protecteur intérieur 18 fait qu'une certaine partie des gaz de mesure arrive à l'élément de détecteur 12 qui se trouve plus loin dans le boîtier. 20 Un autre exemple de réalisation diffère de l'exemple de réalisation présenté ci-dessus en ce que la surface enveloppe 183 du manchon protecteur intérieur 18 a un nombre impair d'orifices 181 répartis sur une couronne d'orifices. On peut avoir par exemple cinq tels orifices 181. Les essais faits dans le cadre de l'invention ont montré 25 qu'un nombre impair d'orifices 181 de la couronne d'orifices sur la sur- face enveloppe 183 du manchon protecteur intérieur 18, avait l'avantage que certaines fonctions de l'élément de détecteur 12, notamment la demande en puissance de chauffage d'un élément de détecteur plan 12, pour chauffer l'élément de détecteur 12 à une certaine tempé- 30 rature, dépendaient moins de l'orientation du détecteur de gaz 1 dans la veine des gaz de mesure. Cela est explicité à la figure 3 qui montre des coupes du détecteur de gaz 1 à la hauteur des orifices 181 sur la couronne d'entrée de la surface enveloppe 183 du manchon protecteur intérieur 35 18. On a ainsi un écoulement extérieur du détecteur de gaz 1 partant 3044768 8 toujours du côté gauche. Après l'arrivée dans le tube protecteur 16 et la traversée de l'espace intermédiaire 35, la veine passe alors dans la chambre de mesure de gaz 33 dans une direction préférentielle de la droite vers la gauche, c'est-à-dire dans la direction opposée à celle de la 5 veine extérieur. La figure 3A montre, à titre de référence, un exemple avec six orifices dans la surface enveloppe 183 du manchon protecteur intérieur 18 ; ces orifices sont décalés de 60°. Dans cet exemple, dans la chambre de mesure de gaz 33, une impulsion I du gaz de mesure dans 10 la direction X, agissant sur l'élément de détecteur 12 (la direction X va de la droite vers la gauche dans la figure) est relativement faible car dans ce montage, notamment sur le côté droit de l'espace intermédiaire 35, on a de fortes turbulences qui dissipent une grande partie de l'impulsion de la veine. 15 En outre, le gaz de mesure peut sortir sans difficulté par l'orifice 181, opposé, et cela sans effet d'interaction thermique intense avec l'élément de capteur 12, pour sortir par l'espace intermédiaire 35. Les deux effets réduisent la puissance de chauffage nécessaire pour chauffer l'élément de capteur 12. 20 Contrairement à cela, à la figure 3B, on a représenté le même détecteur avec le même écoulement extérieur tourné de 30°. Dans cet exemple, l'impulsion I du gaz de mesure dans la direction X est beaucoup plus grande qu'à la figure 3A car la veine a perdu moins d'énergie cinétique par les turbulences. A cela s'ajoute que la veine ar- 25 rive du côté opposé sur une paroi W et est ainsi dévié vers le bas en di- rection de l'élément de détecteur 12. On a alors un effet d'alternance thermique particulièrement intense avec l'élément de détecteur 12 de sorte que l'élément de détecteur 12 subit un refroidissement supplémentaire. Dans ces conditions, la demande en puissance de chauffage, 30 en se référant à l'élément de détecteur 12, à une température prêdéfinie, est par exemple supérieure de 30 % par rapport à l'exemple de la figure 3A. La figure 3C montre un exemple avec cinq orifices dans la surface enveloppe 183 du manchon protecteur intérieur 18 ; ces orifices 35 sont décalés de 72° les uns par rapport aux autres. Alors que 3044768 9 l'impulsion résultante I du gaz de mesure dans la direction X est relativement élevée par comparaison avec l'exemple présenté à la figure 3B, ce qui augmente en principe la puissance de chauffage nécessaire pour chauffer l'élément de capteur 12, le gaz de mesure peut sortir par 5 l'orifice opposé 181, sans difficulté, de l'espace intermédiaire 35 ; cela réduit considérablement la puissance de chauffage. En résumé, on a une compensation des deux effets et la puissance de chauffage nécessaire se situe dans la plage moyenne. Le même détecteur qu'à la figure 3C est représenté tour- 10 né de 36° à la figure 3D pour le même écoulement extérieur. Dans cet exemple, l'impulsion résultante I des gaz de mesure dans la direction X est comparable à celle de l'exemple de réalisation de la figure 3A, c'est-à-dire faible, ce qui réduit en principe la puissance de chauffage de base. D'autre part, la veine arrive sur la face opposée de la paroi W, ce 15 qui refroidit l'élément de capteur 12 et augment fondamentalement la puissance de chauffage nécessaire. En résumé, on a de nouveau une compensation des deux effets et il faut la puissance de chauffage nécessaire se situe là encore dans la plage moyenne et se distingue ainsi à peine de la puissance de chauffage requise qui, de l'exemple, selon la 20 figure 3C. En fonction de la puissance de chauffage nécessaire qui dépend de l'orientation du détecteur de gaz 1 dans la veine de gaz de mesure, en prévoyant un nombre impair d'orifices 181 dans la couronne d'orifices, on évite un manchon protecteur 18 ce qui se traduit 25 par une réduction significative. La même remarque s'applique à d'autres fonctions du détecteur de gaz 1 qui dépendent de l'orientation du détecteur de gaz 1 dans la veine de gaz de mesure. Cet avantage s'applique en principe déjà dans le cas d'un détecteur de gaz ayant un élément de détecteur 12 fixé dans un boîtier 30 11 et ayant un manchon protecteur intérieur 18 avec un nombre impair d'orifices 181 pour l'entrée des gaz dans une couronne d'orifices, le manchon protecteur intérieur 18 formant un espace de mesure de gaz 33 dans lequel l'élément de détecteur 12 pénètre dans le segment, côté gaz de mesure 13, dans la direction longitudinale du détecteur de gaz. 35 REVENDICATIONS1°) Détecteur de gaz pour mesurer la concentration d'un composant ou une propriété d'un gaz d'échappement dans la conduite des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, notamment d'un moteur à allumage non commandé, comportant un élément de détec- teur (12) fixé dans un boîtier (11) et un tube protecteur (16) à double paroi ayant un manchon protecteur extérieur (17) et un manchon protecteur intérieur (18) munis d'au moins un orifice pour l'entrée et/ ou la sortie des gaz, - le manchon protecteur intérieur (18) entourant une chambre de mesure de gaz (33) dans laquelle l'élément de détection (12) vient en saillie par un segment (13), côté gaz de mesure, dans la direc- tion longitudinale (78) du détecteur de gaz, et - le manchon protecteur extérieur et le manchon protecteur intérieur (17, 18), sont séparés d'un espace intermédiaire (35) pour conduire le gaz dans la chambre de mesure (33), détecteur de gaz caractérisé en ce que la surface enveloppe (173) du manchon protecteur extérieur comporte au moins un orifice (171) pour l'entrée et/ou la sortie des gaz dans l'espace intermédiaire (35). 2°) Détecteur de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face frontale (174) du manchon protecteur extérieur (17) comporte un autre orifice (172) pour l'entrée et/ ou la sortie des gaz dans l'espace in- termédiaire (35). 3°) Détecteur de gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'autre orifice (172) pour l'entrée et/ou la sortie des gaz est réalisé sous la forme d'un intervalle (172') autour du manchon protecteur intérieur (18) laissé entre le manchon protecteur extérieur (17) et le manchon protecteur intérieur (18). 3044768 12 4°) Détecteur de gaz selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'intervalle périphérique (172') est réalisé sous la forme d'un étroit intervalle périphérique (172'). 5 5°) Détecteur de gaz selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le manchon protecteur intérieur (18) dépasse du manchon protecteur extérieur (17) en direction du côté des gaz de mesure. 10 6°) Détecteur de gaz selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que - le manchon protecteur intérieur (18) comporte dans sa surface en- veloppe (183), au moins un orifice (181) pour l'entrée et/ou la sor- 15 tie des gaz, et - au moins un autre orifice (182) pour l'entrée et/ou la sortie des gaz du manchon protecteur intérieur (18) est prévu dans la face frontale (184) du manchon protecteur intérieur (18). 20 7°) Détecteur de gaz selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu' au moins un orifice (181) du manchon protecteur intérieur (18) dans la surface enveloppe (183) du manchon protecteur intérieur (18) est plus petit qu'au moins un orifice (171) d'entrée et/ou de sortie de gaz de la 25 surface enveloppe (173) du manchon protecteur extérieur (17). 8°) Détecteur de gaz selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu' au moins un orifice (181) d'entrée et/ou de sortie de gaz et au moins un 30 autre orifice (182) d'entrée et/ ou de sortie de gaz du manchon protec- teur intérieur (18) se trouvent globalement côté gaz de mesure de l'élément de détecteur (12) dans la direction longitudinale du détecteur de gaz. 35 3044768 13 9°) Détecteur de gaz selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'orifice (181) d'entrée et/ ou de sortie de gaz du manchon protecteur intérieur (18) est une couronne d'orifices (181) situés à la même hauteur 5 dans la direction longitudinale du détecteur de gaz qui sont équidis- tants. 10°) Détecteur de gaz selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que 10 l'orifice (181) est constitué par un nombre impair d'orifices (181). 11°) Détecteur de gaz selon l'une des revendications 1 à. 10, caractérisé en ce que l'orifice (171) d'entrée et/ ou de sortie de gaz situé sur la surface enve- 15 loppe (173) du manchon protecteur extérieur (17) est une couronne d'orifices (171) situés à même hauteur dans la direction longitudinale du détecteur de gaz qui sont équidistants. 20