EP3286535A1 - Capteur hautes temperatures avec connecteur integre - Google Patents

Capteur hautes temperatures avec connecteur integre

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Publication number
EP3286535A1
EP3286535A1 EP16722292.6A EP16722292A EP3286535A1 EP 3286535 A1 EP3286535 A1 EP 3286535A1 EP 16722292 A EP16722292 A EP 16722292A EP 3286535 A1 EP3286535 A1 EP 3286535A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature sensor
insulating sheath
electrical connector
connecting element
electrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP16722292.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gabriel KOPP
Mahamoud SFAXI
Franck Menard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SC2N SAS
Original Assignee
SC2N SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SC2N SAS filed Critical SC2N SAS
Publication of EP3286535A1 publication Critical patent/EP3286535A1/fr
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08—Protective devices, e.g. casings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • G01K13/024—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow of moving gases
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2205/00—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle
    • G01K2205/04—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle for measuring exhaust gas temperature

Definitions

  • the present invention relates to a temperature sensor, especially for measuring high temperatures, for example greater than 900 ° C, or even 1000 ° C.
  • the invention applies in particular to temperature sensors adapted to measure the temperature of gases, such as exhaust gases, motor vehicles, and for example automobiles or trucks.
  • temperature sensors are particularly used in exhaust gas recirculation (EGR) systems ("Exhaust Gas Recirculation").
  • EGR exhaust gas recirculation
  • These sensors generally comprise a temperature sensitive element, such as a thermistor, connected to the outside to an electrical / electronic circuit for operating a measurement signal via electrical wires.
  • a temperature sensitive element such as a thermistor
  • such a temperature sensor 1 of the prior art comprises at one end a thermistor housed in a protective envelope 3.
  • Two first electrical wires in contact with this thermistor run along the protective envelope 3 to be accessible outside thereof and to provide electrical information representative of the resistance of the thermistor and therefore the measured temperature.
  • the first electrical wires are connected, for example by means of an electrical connection piece in the form of a lug, for example, to second electrical wires used to provide the electrical connection with an electrical connector 5. - even connected to the electrical / electronic circuit.
  • the connection between the first and second electrical wires is made in an electrical insulating device, as shown in patent FR29881 72.
  • a mineral insulating sheath 8 surrounds the two electrical wires from the thermistor to the connection between the first and second electrical wires.
  • the temperature sensor comprises a seal in the zone of the sensor opposite to the temperature sensitive element.
  • the protective envelope 3 is crimped and welded to the mineral insulating sheath 8 to isolate the inside of the sensor from the outside environment.
  • the second electrical wires used to provide the electrical connection with the electrical / electronic circuit may be covered by a protective sheath, forming an electric harness 29, as illustrated in FIG.
  • the protective sheath may be silicone and be reinforced with glass fibers, for example. It protects the electrical wires and provide them with good mechanical resistance.
  • the protective sheath surrounds the electrical wires to the electrical connector 5.
  • the electrical connector 5 being temperature sensitive, the harness 29 is lengthened to move it away from the hot zone. It has variable lengths depending on the vehicle models and can thus have a length of at least 10 cm, which can cause problems of size, grip and handling on the engine or vehicle assembly line, and problems cost of the temperature sensor. Indeed, when mounting the temperature sensor on the vehicle, the operator is often hampered by the length of the electrical harness 29. It is also necessary to provide a means for holding the electrical connector 5 in the vehicle.
  • a temperature sensor for measuring high temperatures in a hostile environment such as an exhaust line or the engine compartment of a vehicle therefore comprises a complex arrangement and is bulky.
  • the invention therefore aims to overcome these disadvantages of the prior art by providing a simpler and less cumbersome temperature sensor.
  • the invention relates to a temperature sensor for a motor vehicle comprising:
  • a protective envelope having a closed end in which the temperature sensitive element is housed
  • an electrical connector comprising two electrical connection elements
  • the temperature sensor comprises a connecting element fixed on the one hand to the insulating sheath and on the other hand to the electrical connector, said connecting element surrounding the two electrical connection elements of the electrical connector.
  • the temperature sensor may further comprise one or more of the following features, taken separately or in combination:
  • the insulating sheath is extended to the vicinity of the electrical connector
  • the joining element is attached to an upper end portion of the insulating sheath
  • the joining element has a generally frustoconical general shape with a lower opening of diameter D1 and an upper opening of diameter D2 greater than the diameter D1;
  • the upper end portion of the insulating sheath is inserted into the lower opening of the connecting element, the joining element being welded or crimped on the outer surface of the insulating sheath;
  • the joining element has a thermal conductivity of less than 50 Wm -1 .K -1 (at 25 ° C) and preferably less than 15 Wm -1 .K -1 (at 25 ° C); the average thickness of the connecting element is less than 1.5 mm;
  • the joining element has a mass of less than 10 g, and preferably less than 5 g;
  • the electrical connector is inserted into the upper opening of the connecting element, the connecting element being crimped to the electrical connector;
  • the protective envelope covers the insulating sheath from a lower end of the insulating sheath located in the vicinity of the temperature-sensitive element to an upper part of the protective envelope, the insulating sheath extending longitudinally out of from the top of the protective envelope towards the electrical connector;
  • the temperature sensor comprises a fastening means intended to be fixed on a wall, said fastening means surrounding a portion of the protective envelope, the upper part of the protective envelope extending longitudinally out of the fastening means; in the direction of the electrical connector, when the temperature sensor is fixed on said wall;
  • the insulating sheath comprises an elbow
  • the temperature sensor comprises a thermal insulator disposed between the insulating sheath and the connecting element;
  • the invention thus provides a temperature sensor for measuring temperatures above 900 ° C simpler because comprising fewer components compared to those of the prior art.
  • this temperature sensor no longer includes a beam connecting the temperature sensor to the electrical connector.
  • This bundle included lugs connected to the electrical connector, electrical conductors, mineral insulation, and a fiberglass-reinforced silicone sheath.
  • lugs connected to the electrical connector, electrical conductors, mineral insulation, and a fiberglass-reinforced silicone sheath.
  • a sealing element an electrical insulator between the beam and the insulating sheath.
  • the electrical connector of the sensor is integrated in the front part of the sensor which is in contact with the hot zone. This temperature sensor is therefore shorter, more compact and less bulky than those of the prior art.
  • the electrical harness, the sealing element and the electrical insulator are replaced by a single connecting element making it possible both to protect the two electrical connection elements from external aggression, to connect the electrical connector to the rest of the temperature sensor. , and thermally protect the electrical connector.
  • the invention therefore provides a simpler temperature sensor and therefore less expensive.
  • the temperature sensor is rigid and can be self-supported. It is thus possible to remove the holding devices of the connector on the engine.
  • the proposed sensor facilitates its mounting on a motor assembly line and / or vehicle because the operator is not embarrassed by the harness.
  • the sensors of the prior art it was necessary to provide sensors having different electrical beam lengths adapted to various vehicles.
  • the proposed temperature sensor being compact, it is no longer necessary to provide several different sensors.
  • a single model can be proposed as standard.
  • the removal of the electrical harness also simplifies the packaging of the sensor. It is no longer necessary to group bundles with a staple.
  • Figure 1 is a perspective view of a temperature sensor of the prior art
  • Figure 2 is a longitudinal sectional view of a temperature sensor according to the invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of this temperature sensor
  • Figure 4 is a longitudinal sectional view of this temperature sensor showing the detail of the connecting element
  • Figure 5 is a perspective view of this temperature sensor mounted on a line of the exhaust line.
  • FIG. 2 represents a longitudinal sectional view of a temperature sensor 1 for a motor vehicle according to the invention.
  • This temperature sensor 1 comprises a temperature-sensitive element 2, a protective envelope 3 comprising a closed end 4 in which the temperature sensitive element 2 is housed, an electrical connector 5 comprising two electrical connection elements 6, two electrical wires 7 connecting the temperature-sensitive element 2 to the two electrical connection elements 6 of the electrical connector 5 and an insulating sheath 8 surrounding the two electrical wires 7.
  • the temperature sensor 1 comprises a junction element 1 1 fixed on the one hand to the insulating sheath 8 and on the other hand to the electrical connector 5.
  • the junction element surrounds the two electrical connection elements 6 electrical connector 5.
  • the insulating sheath 8 is advantageously extended to the vicinity of the electrical connector 5, ensuring better mechanical strength.
  • FIG. 3 represents a perspective view of this temperature sensor 1.
  • the protective envelope 3 has a generally tubular shape extending longitudinally.
  • the protective envelope 3 is made of a metal material resistant to high temperatures, such as an alloy of chromium, nickel and iron of the Inconel® type (registered trademark) or refractory steel.
  • the protective envelope 3 may comprise a closed end 4 having a diameter smaller than the rest of the envelope of 3.
  • the temperature sensitive element 2 is disposed at this closed end 4.
  • the temperature sensitive element 2 is a thermocouple or thermistor, for example.
  • the thermistor is a passive component in semiconductor material whose resistance varies as a function of temperature.
  • the thermistor can be of the CTN type, negative temperature coefficient (or NTC, Negative Temperature Coefficient in English) when the resistance decreases as a function of the temperature rise or type CTP, positive temperature coefficient (or PTC, Positive Temperature Coefficient in English) otherwise, such as a platinum thermistor.
  • the insulating sheath 8 surrounds the two electrical wires 7 from a lower end 9 located in the vicinity of the temperature sensitive element 2, to an upper end portion 1 0 located in the vicinity of the electrical connector 5.
  • the two electrical wires 7 are surrounded and held in the insulating sheath 8 which has two passage channels (not shown) associated with each of the electric wires 7 so that the two electric wires 7 are isolated from each other and held by the insulating sheath 8 .
  • the insulating sheath 8 is for example of generally elongate shape in a longitudinal direction corresponds to the longitudinal direction of the two electrical son 7.
  • This insulating sheath 8 may have a generally cylindrical shape.
  • the insulating sheath 8 has an electrically insulating and heat-resistant ceramic core 8a which is surrounded by an outer layer 8b of refractory steel.
  • the outer layer 8b may be stainless steel, for example.
  • the core 8a of the insulating sheath 8 may be in magnesia or alumina, for example.
  • the protective envelope 3 surrounds the insulating sheath 8 partially, that is to say that it does not surround it over its entire length.
  • the protective envelope 3 covers the insulating sheath 8 from a lower end 9 of the insulating sheath 8 located in the vicinity of the temperature-sensitive element 2 to an upper portion 16a of the protective envelope 3.
  • the insulating sheath 8 extending longitudinally out of the upper part 1 6a of the sheath 3 towards the electrical connector 5.
  • the protective envelope surrounds the insulating sheath over its entire length, as far as the joining element.
  • the junction element is welded or crimped to the outer surface of the shroud.
  • the insulating sheath 8 is formed of several portions of insulating sheaths of different compositions.
  • the electrical wires 7 comprise a portion of electrical wires 19 extending out of the upper end portion 1 0 of the insulating sheath 8. This portion of electrical wires 1 9 is not surrounded by the insulating sheath 8 and is connected to the two electrical connection elements 6 of the electrical connector 5.
  • the joining element 1 1 of the invention makes it possible to overcome the use of an electrical sealing element at this portion of electrical son 1 9, since the electrical insulation is obtained by air.
  • the two electrical connection elements 6 may be lugs or folded connections as described in the application FR2983648 and in Figure 4, for example.
  • This patent application describes a weld between the electrical son and pods said "wallet", allowing a compact assembly.
  • the electrical wires 7 of the temperature-sensitive element 2 can be soldered directly to the electrical connection elements 6 of the electrical connector 5, making it possible to obtain a compact temperature sensor.
  • the connecting element 1 1 is fixed to the upper end portion 1 0 of the insulating sheath 8, situated in the vicinity of the electrical connector 5.
  • the joining element 1 1 has a generally frustoconical general shape.
  • the joining element 1 1 comprises a lower opening 1 2 of diameter D 1 and an upper opening 1 3 of diameter D 2 greater than the diameter D 1.
  • the upper end portion 1 0 of the insulating sheath 8 is inserted into the lower opening 12 of the connecting element January 1.
  • the lower openings 1 2 and upper 1 3 are circular.
  • the diameter D1 may be about 4.8 mm.
  • the diameter D2 may be about 14.7 mm.
  • the length of the connecting element 11 may be about 20 mm.
  • the junction element January 1 is fixed on the outer surface 14 of the insulating sheath 8, at the upper end portion 1 0 of the insulating sheath 8.
  • the junction element January 1 is fixed on the outer surface 14 of the insulating sheath 8 by means of a laser weld, for example.
  • the joining element 11 can be brazed on the outer surface 14 of the insulating sheath 8.
  • the electrical connector 5 is inserted into the upper opening 1 3 of the connecting element 1 January.
  • the connecting element 1 1 is crimped to the electrical connector 5.
  • the joining element 1 1 comprises a frustoconical central portion 20a extended by an upper part 20b of circular section and a lower part 20b 'of circular section also.
  • the upper part 20b is opposed to the lower part 20b 'and has a diameter greater than that of the lower part 20b'.
  • This upper portion 20b is surmounted by an annular portion 20c having a circular section and a diameter greater than the diameter of the upper portion 20b of the connecting element January 1.
  • This annular portion 20c is intended to receive the electrical connector 5 which has a smaller diameter than the annular portion 20c.
  • This ring-shaped annular portion 20c comprises a flange 27 surrounding the base of the electrical connector 5.
  • the flange 27 is connected to the upper portion 20b by an intermediate ring-shaped portion 28, substantially perpendicular to the flange 27 and to the outer surface of the upper part 20b.
  • the upper end of the flange 27 is bent inwards after crimping the joining element 1 1 to hold the electrical connector 5.
  • a tight O-ring 18 may be provided between the electrical connector 5 and the annular portion 20c of the connecting element 11.
  • the joining element 11 has a mass of less than 10 g and preferably less than 5 g. Its mass is advantageously 5g in order to limit an excessive weight at the end of the temperature sensor which already comprises an electrical connector 5 and the electrical harness extending after (not shown). This low weight makes it possible to avoid damage to the insulating sheath 8 by limiting the mechanical stresses associated with the vibrations of the motor and the chassis.
  • the joining element January 1 may be stainless steel (304L for example) or multilayer steel, so as to have a low thermal conductivity.
  • the thermal conduction of the joining element 11 is less than 50 Wm -1 .K -1 (at 25 ° C.) and advantageously less than 15 Wm -1 .K -1 (at 25 ° C.).
  • the connecting element 1 1 may be plastic or ceramic.
  • the advantage of the ceramic is that the connecting element 1 1 and the core 8a of the insulating sheath 8 can be formed of a single piece and the same material during a same manufacturing step.
  • the average thickness of the connecting element 1 1 is advantageously less than 1.5 mm and is preferably about 1 mm, which makes it possible to limit the thermal conduction.
  • the connecting element 1 1 is preferably rigid to provide mechanical rigidity to the entire temperature sensor 1.
  • the joining element 1 1 is obtained by machining (machining), for example.
  • the joining element 11 may be semi-rigid. It can be obtained by stamping and stamping a metal sheet. The advantage is to reduce the weight of the connecting element 1 1.
  • the electrical connector 5 of the temperature sensor 1 is intended to receive a connector of a vehicle 21 which is connected to an electronic control device (not shown).
  • the temperature sensor 1 comprises a fixing means 1 5 intended to be fixed on a wall 22, as shown in FIG. 5.
  • This wall 22 defines a medium whose temperature is to be known.
  • the wall 22 may be a wall of a combustion gas exhaust system, for example.
  • the fastening means 15 surrounds a portion of the protective envelope 3.
  • the fastening means 15 comprises a central channel 23 through which the protective envelope 3 passes.
  • the protective envelope 3 has an upper portion 16a. extending longitudinally out of the fastening means 1 5 in the direction of the electrical connector 5, when the temperature sensor 1 is fixed on the wall 22, as shown in Figure 5.
  • the upper portion 1 6a of the protective envelope 3 may protrude from the fixing means 15 when it is fixed on the wall 22. This excess can be 0.5 cm to 2 cm for example.
  • the protective envelope 3 may even extend as far as the joining element 11. This makes it possible to increase the mechanical strength at the level of the insulating sheath 8.
  • the fastening means 15 may comprise a stop 24 at its lower part which is fixed to the protective casing 3 and a clamping means such as a screw 25 for tightening the abutment 24 against a bearing surface of the wall 22. delimiting the medium to be measured, as illustrated in Figure 5.
  • the screw 25 is above the stop 24 and is free to rotate and translate around the protective envelope 3.
  • the screw 25 can be fixed to the stop 24.
  • the abutment 24 may be spaced from the joining element 11 by a distance of between approximately 3 and 4 cm, without being limiting. This proximity is possible due to the thermal efficiency of the connecting element 1 1 which protects the electrical connector 5 of the hot zone. This small distance makes it possible to obtain a compact temperature sensor 1.
  • the protective casing 3 also has a lower portion 16b extending longitudinally out of the fixing means 15 in the direction of the temperature sensitive element 2.
  • the insulating sheath 8 comprises a bend in order to facilitate the integration of the sensor in its environment.
  • the insulating sheath 8 is not rectilinear.
  • This elbow may have an angle of 90 ° C, for example.
  • the temperature sensor 1 comprises a thermal insulator disposed between the insulating sheath 8 and the connecting element 11. This reduces the temperature of the electrical connector 5 from 20 ° C to 30 ° C.
  • the invention makes it possible to obtain a temperature sensor 1 for a motor vehicle that is more compact than those of the prior art and has fewer components.
  • the invention is particularly intended to measure high temperatures, for example higher than 900 ° C, or even 1000 ° C, but it can also be applied to lower temperatures, from 450 ° C.

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Abstract

La présente invention a pour objet un capteur de température (1) pour véhicule automobile comprenant : - un élément sensible à la température (2), - une enveloppe de protection (3) comportant une extrémité fermée (4) dans laquelle est logé l'élément sensible à la température (2), - un connecteur électrique (5) comportant deux éléments de liaison électrique (6), - deux fils électriques (7) reliant l'élément sensible à la température (2) aux deux éléments de liaison électrique (6) du connecteur électrique (5), et - une gaine isolante (8) entourant les deux fils électriques (7). Selon l'invention, le capteur de température (1) comprend un élément de jonction (11) fixé d'une part à la gaine isolante (8) et d'autre part au connecteur électrique (5), ledit élément de jonction (11) entourant les deux éléments de liaison électrique (6) du connecteur électrique (5).

Description

CAPTEUR HAUTES TEMPERATURES AVEC CONNECTEUR INTEGRE
La présente invention concerne un capteur de température, notamment pour mesurer des températures élevées, par exemple supérieures à 900 °C, voire à 1 000 °C.
L'invention s'applique en particulier aux capteurs de température adaptés pour mesurer la température des gaz, tels que les gaz d'échappement, de véhicules à moteur, et par exemple automobiles ou camions. De tels capteurs de températures sont notamment utilisés dans des systèmes de recirculation des gaz d'échappement EGR (« Exhaust Gas Recirculation »).
Ces capteurs comprennent généralement un élément sensible à la température, tel qu'une thermistance, relié vers l'extérieur à un circuit électrique / électronique d'exploitation d'un signal de mesure via des fils électriques.
À titre d'exemple et comme représenté sur la figure 1 , un tel capteur de température 1 de l'art antérieur comprend à une extrémité une thermistance logée dans une enveloppe de protection 3. Deux premiers fils électriques en contact avec cette thermistance cheminent le long de l'enveloppe de protection 3 pour être accessibles à l'extérieur de celui-ci et pour fournir une information électrique représentative de la résistance de la thermistance et par conséquent de la température mesurée. Pour cela, les premiers fils électriques sont reliés, par exemple par l'intermédiaire d'une pièce de liaison électrique sous forme d'une cosse par exemple, à des seconds fils électriques servant à assurer la liaison électrique avec un connecteur électrique 5, lui-même relié au circuit électrique / électronique. Généralement la liaison entre les premiers et seconds fils électriques est réalisée dans un dispositif isolant électrique, comme représenté dans le brevet FR29881 72.
Une gaine isolante 8 minérale entoure les deux fils électriques depuis la thermistance jusqu'à la liaison entre les premiers et seconds fils électriques.
Un tel capteur étant utilisé notamment dans la ligne d'échappement ou dans le collecteur échappement du moteur, il est exposé à un milieu très hostile du fait d'un environnement corrosif dû aux gaz brûlés issus des chambres de combustion et des fortes variations thermiques et mécaniques. Pour assurer une bonne étanchéité vis- à-vis de l'extérieur, en particulier au niveau des seconds fils électriques, le capteur de température comprend un joint d'étanchéité dans la zone du capteur opposée à l'élément sensible à la température.
L'enveloppe de protection 3 est sertie et soudée sur la gaine isolante 8 minérale pour isoler l'intérieur du capteur de l'environnement extérieur.
En sortie du joint d'étanchéité, les seconds fils électriques servant à assurer la liaison électrique avec le circuit électrique / électronique, peuvent être couverts par une gaine de protection, formant un faisceau électrique 29, comme illustré sur la figure 1 . La gaine de protection peut-être en silicone et être renforcée par des fibres de verre, par exemple. Elle permet de protéger les fils électriques et de leur assurer une bonne tenue mécanique. La gaine de protection entoure les fils électriques jusqu'au connecteur électrique 5. Le connecteur électrique 5 étant sensible à la température, le faisceau électrique 29 est rallongé pour l'éloigner de la zone chaude. Il présente des longueurs variables en fonction des modèles de véhicules et peut ainsi présenter une longueur d'au moins 10 cm, ce qui peut poser des problèmes d'encombrement, de préhension et manipulation sur ligne d'assemblage moteur ou véhicule, et des problèmes de coûts du capteur de température. En effet, lors du montage du capteur de température sur le véhicule, l'opérateur est souvent gêné par la longueur importante du faisceau électrique 29. Il est également nécessaire de prévoir un moyen de maintien du connecteur électrique 5 dans le véhicule.
Un capteur de température pour la mesure de températures élevées dans un milieu hostile tel une ligne d'échappement ou le compartiment moteur d'un véhicule comprend donc un arrangement complexe et est encombrant.
L'invention a donc pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur en proposant un capteur de température plus simple et moins encombrant.
L'invention concerne un capteur de température pour véhicule automobile comprenant :
un élément sensible à la température,
une enveloppe de protection comportant une extrémité fermée dans laquelle est logé l'élément sensible à la température,
un connecteur électrique comportant deux éléments de liaison électrique,
deux fils électriques reliant l'élément sensible à la température aux deux éléments de liaison électrique du connecteur électrique, et
- une gaine isolante entourant les deux fils électriques.
Selon l'invention, le capteur de température comprend un élément de jonction fixé d'une part à la gaine isolante et d'autre part au connecteur électrique, ledit élément de jonction entourant les deux éléments de liaison électrique du connecteur électrique.
Le capteur de température peut en outre comprendre une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- la gaine isolante est prolongée jusqu'au voisinage du connecteur électrique;
- l'élément de jonction est fixé à une partie d'extrémité supérieure de la gaine isolante;
- l'élément de jonction présente une forme générale sensiblement tronconique avec une ouverture inférieure de diamètre D1 et une ouverture supérieure de diamètre D2 supérieur au diamètre D1 ;
- la partie d'extrémité supérieure de la gaine isolante est insérée dans l'ouverture inférieure de l'élément de jonction, l'élément de jonction étant soudé ou serti sur la surface externe de la gaine isolante;
- l'élément de jonction présente une conductivité thermique inférieure à 50 W.m"1.K"1 (à 25 °C) et de préférence inférieure à 15 W.m"1.K"1 (à 25 °C); - l'épaisseur moyenne de l'élément de jonction est inférieure à 1 ,5 mm;
- l'élément de jonction présente une masse inférieure à 10g, et de préférence inférieure à 5g;
- le connecteur électrique est inséré dans l'ouverture supérieure de l'élément de jonction, l'élément de jonction étant serti au connecteur électrique;
- l'enveloppe de protection recouvre la gaine isolante depuis une extrémité inférieure de la gaine isolante située au voisinage de l'élément sensible à la température jusqu'à une partie supérieure de l'enveloppe de protection, la gaine isolante s'étendant longitudinalement hors de la partie supérieure de l'enveloppe de protection en direction du connecteur électrique;
- le capteur de température comprend un moyen de fixation destiné à être fixé sur une paroi, ledit moyen de fixation entourant une portion de l'enveloppe de protection, la partie supérieure de l'enveloppe de protection s'étendant longitudinalement hors du moyen de fixation dans la direction du connecteur électrique, lorsque le capteur de température est fixé sur ladite paroi;
- la gaine isolante comprend un coude;
- le capteur de température comprend un isolateur thermique disposé entre la gaine isolante et l'élément de jonction;
L'invention fournit ainsi un capteur de température destiné à mesurer des températures supérieures à 900 °C plus simple car comprenant moins de composants par rapport à ceux de l'art antérieur. En particulier, ce capteur de température ne comprend plus de faisceau reliant le capteur de température au connecteur électrique. Ce faisceau électrique comprenait des cosses connectées au connecteur électrique, des conducteurs électriques, un isolant minéral et une gaine silicone renforcée par fibre de verre. Il n'est plus nécessaire non plus d'utiliser un élément d'étanchéité, un isolant électrique entre le faisceau et la gaine isolante.
Le connecteur électrique du capteur est intégré à la partie avant du capteur qui est en contact avec la zone chaude. Ce capteur de température est donc moins long, plus compact et moins encombrant que ceux de l'art antérieur.
Le faisceau électrique, l'élément d'étanchéité et l'isolant électrique sont remplacés par un unique élément de jonction permettant à la fois de protéger les deux éléments de liaison électrique des agressions extérieures, de solidariser le connecteur électrique au reste du capteur de température, et de protéger thermiquement le connecteur électrique.
L'invention fournit donc un capteur de température plus simple et donc moins cher.
Le capteur de température est rigide et permet d'être auto supporté. Il est ainsi possible de supprimer les dispositifs de maintien du connecteur sur le moteur.
De plus, le capteur proposé permet de faciliter son montage sur une ligne d'assemblage moteur ou/et véhicule car l'opérateur n'est pas embarrassé par le faisceau électrique. Avec les capteurs de l'art antérieur, il était nécessaire de proposer des capteurs ayant des longueurs de faisceaux électriques différentes adaptées à divers véhicules. Le capteur de température proposé étant compact, il n'est plus nécessaire de prévoir plusieurs capteurs différents. Un unique modèle peut être proposé comme standard.
La suppression du faisceau électrique permet également de simplifier l'emballage du capteur. Il n'est plus nécessaire de regrouper les faisceaux avec une agrafe.
Les caractéristiques de l'invention seront décrites plus en détail en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 est une vue en perspective d'un capteur de température de l'art antérieur;
la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un capteur de température selon l'invention ;
- la figure 3 est une vue en perspective de ce capteur de température; la figure 4 est une vue en coupe longitudinale de ce capteur de température montrant le détail de l'élément de jonction ;
la figure 5 est une vue en perspective de ce capteur de température monté sur un conduit de la ligne d'échappement.
La figure 2 représente une vue en coupe longitudinale d'un capteur de température 1 pour véhicule automobile selon l'invention.
Ce capteur de température 1 comprend un élément sensible à la température 2, une enveloppe de protection 3 comportant une extrémité fermée 4 dans laquelle est logé l'élément sensible à la température 2, un connecteur électrique 5 comportant deux éléments de liaison électrique 6, deux fils électriques 7 reliant l'élément sensible à la température 2 aux deux éléments de liaison électrique 6 du connecteur électrique 5 et une gaine isolante 8 entourant les deux fils électriques 7.
Selon l'invention, le capteur de température 1 comprend un élément de jonction 1 1 fixé d'une part à la gaine isolante 8 et d'autre part au connecteur électrique 5. L'élément de jonction entoure les deux éléments de liaison électrique 6 du connecteur électrique 5.
La gaine isolante 8 est avantageusement prolongée jusqu'au voisinage du connecteur électrique 5, assurant une meilleure tenue mécanique.
La figure 3 représente une vue en perspective de ce capteur de température 1 .
L'enveloppe de protection 3 présente une forme générale tubulaire se prolongeant longitudinalement.
L'enveloppe de protection 3 est réalisée en un matériau métallique résistant à des températures élevées, tel qu'un alliage de chrome, de nickel et de fer du type Inconel® (marque déposée) ou encore en acier réfractaire.
Comme illustré sur la figure 2, l'enveloppe de protection 3 peut comporter une extrémité fermée 4 ayant un diamètre plus petit que le reste de l'enveloppe de protection 3. L'élément sensible à la température 2 est disposé au niveau de cette extrémité fermée 4.
L'élément sensible à la température 2 est un thermocouple ou une thermistance, par exemple. La thermistance est un composant passif en matériau semi-conducteur dont la résistance varie en fonction de la température.
La thermistance peut être du type CTN, coefficient de température négatif (ou NTC, Négative Température Coefficient en anglais) lorsque la résistance décroît en fonction de l'élévation de la température ou de type CTP, coefficient de température positif (ou PTC, Positive Température Coefficient en anglais) dans le cas contraire, telle qu'une thermistance en platine.
La gaine isolante 8 entoure les deux fils électriques 7 depuis une extrémité inférieure 9 située au voisinage de l'élément sensible à la température 2, jusqu'à une partie d'extrémité supérieure 1 0 située au voisinage du connecteur électrique 5.
Les deux fils électriques 7 sont entourés et maintenus dans la gaine isolante 8 qui présente deux canaux de passage (non représentés) associé à chacun des fils électriques 7 de sorte que les deux fils électriques 7 soient isolés entre eux et maintenus par la gaine isolante 8.
La gaine isolante 8 est par exemple de forme générale allongée selon une direction longitudinale correspond à la direction longitudinale des deux fils électriques 7. Cette gaine isolante 8 peut présenter une forme générale cylindrique.
À titre d'exemple, la gaine isolante 8 présente un cœur 8a en matière céramique électriquement isolant et résistante à la chaleur, qui est entouré par une couche externe 8b en acier réfractaire. La couche externe 8b peut être en acier inoxydable, par exemple. Le cœur 8a de la gaine isolante 8 peut être en magnésie ou alumine, par exemple.
De manière préférée, l'enveloppe de protection 3 entoure la gaine isolante 8 partiellement, c'est-à-dire qu'elle ne l'entoure pas sur toute sa longueur. L'enveloppe de protection 3 recouvre la gaine isolante 8 depuis une extrémité inférieure 9 de la gaine isolante 8 située au voisinage de l'élément sensible à la température 2 jusqu'à une partie supérieure 1 6a de l'enveloppe de protection 3. La gaine isolante 8 s'étendant longitudinalement hors de la partie supérieure 1 6a de l'enveloppe de protection 3 en direction du connecteur électrique 5.
En variante (non représentée), l'enveloppe de protection entoure la gaine isolante sur toute sa longueur, jusqu'à l'élément de jonction. L'élément de jonction est soudé ou serti sur la surface externe de l'enveloppe de protection.
En variante (non représentée), la gaine isolante 8 est formée de plusieurs portions de gaines isolantes de compositions différentes.
Comme illustré sur la figure 4, les fils électriques 7 comprennent une portion de fils électriques 19 s'étendant hors de la partie d'extrémité supérieure 1 0 de la gaine isolante 8. Cette portion de fils électriques 1 9 n'est pas entourée par la gaine isolante 8 et est connectée aux deux éléments de liaison électrique 6 du connecteur électrique 5. L'élément de jonction 1 1 de l'invention permet de s'affranchir de l'utilisation d'un élément d'étanchéité électrique au niveau de cette portion de fils électriques 1 9, étant donné que l'isolation électrique est obtenue par l'air.
Les deux éléments de liaison électrique 6 peuvent être des cosses ou des connections repliées comme décrites dans la demande FR2983648 et sur la figure 4, par exemple. Cette demande de brevet décrit une soudure entre les fils électriques et les cosses dite en « portefeuille », permettant un assemblage compact. Les fils électriques 7 de l'élément sensible à la température 2 peuvent être soudés directement aux éléments de liaison électrique 6 du connecteur électrique 5, permettant d'obtenir un capteur de température compact.
L'élément de jonction 1 1 est fixé à la partie d'extrémité supérieure 1 0 de la gaine isolante 8, située au voisinage du connecteur électrique 5.
L'élément de jonction 1 1 présente une forme générale sensiblement tronconique.
L'élément de jonction 1 1 comprend une ouverture inférieure 1 2 de diamètre D1 et une ouverture supérieure 1 3 de diamètre D2 supérieur au diamètre D1 . La partie d'extrémité supérieure 1 0 de la gaine isolante 8 est insérée dans l'ouverture inférieure 12 de l'élément de jonction 1 1 . Les ouvertures inférieures 1 2 et supérieures 1 3 sont circulaires.
A titre d'exemple, le diamètre D1 peut être d'environ 4,8 mm. Le diamètre D2 peut être d'environ 14,7 mm. La longueur de l'élément de jonction 1 1 peut être d'environ 20 mm.
L'élément de jonction 1 1 est fixé sur la surface externe 14 de la gaine isolante 8, au niveau de la partie d'extrémité supérieure 1 0 de la gaine isolante 8. L'élément de jonction 1 1 est fixé sur la surface externe 14 de la gaine isolante 8 au moyen d'une soudure laser, par exemple. En variante, l'élément de jonction 1 1 peut être brasé sur la surface externe 14 de la gaine isolante 8.
Le connecteur électrique 5 est inséré dans l'ouverture supérieure 1 3 de l'élément de jonction 1 1 . L'élément de jonction 1 1 est serti au connecteur électrique 5.
A titre d'exemple et comme illustré sur la figure 4, l'élément de jonction 1 1 comprend une partie centrale 20a de forme tronconique prolongée par une partie supérieure 20b de section circulaire et une partie inférieure 20b' de section circulaire également. La partie supérieure 20b est opposée à la partie inférieure 20b' et présente un diamètre plus grand que celui de la partie inférieure 20b'.
Cette partie supérieure 20b est surmontée par une partie annulaire 20c ayant une section circulaire et un diamètre plus grand que le diamètre de la partie supérieure 20b de l'élément de jonction 1 1 . Cette partie annulaire 20c est destinée à recevoir le connecteur électrique 5 qui présente un diamètre inférieur à celui à cette partie annulaire 20c. Cette partie annulaire 20c en forme d'anneau comprend un rebord 27 entourant la base du connecteur électrique 5. Le rebord 27 est relié à la partie supérieure 20b par une partie intermédiaire 28 en forme d'anneau, sensiblement perpendiculaire au rebord 27 et à la surface externe de la partie supérieure 20b. L'extrémité supérieure du rebord 27 est recourbée vers l'intérieur après sertissage de l'élément de jonction 1 1 pour maintenir le connecteur électrique 5.
Plus précisément, c'est la partie inférieure 20b' de l'élément de jonction 1 1 qui est fixée à la gaine isolante 8.
Un joint torique 1 8 étanche peut être prévu entre le connecteur électrique 5 et la partie annulaire 20c de l'élément de jonction 1 1 .
L'élément de jonction 1 1 présente une masse inférieure à 1 0g et de préférence inférieure à 5g. Sa masse est avantageusement de 5g afin de limiter un poids excessif à l'extrémité du capteur de température qui comprend déjà un connecteur électrique 5 et le faisceau électrique s'étendant après (non représenté). Ce faible poids permet d'éviter l'endommagement de la gaine isolante 8 en limitant les contraintes mécaniques liées aux vibrations du moteur et du châssis.
L'élément de jonction 1 1 peut être en acier inoxydable (304L par exemple) ou en acier multicouches, de façon à présenter une faible conduction thermique. La conduction thermique de l'élément de jonction 1 1 est inférieure à 50 W.m"1.K"1 (à 25 °C) et avantageusement inférieure à 15 W.m"1.K"1 (à 25 °C).
En variante, l'élément de jonction 1 1 peut être en plastique ou en céramique. L'avantage de la céramique est que l'élément de jonction 1 1 et le cœur 8a de la gaine isolante 8 peuvent être formés d'une pièce unique et d'un même matériau lors d'une même étape de fabrication.
L'épaisseur moyenne de l'élément de jonction 1 1 est avantageusement inférieure à 1 ,5 mm et est de préférence d'environ 1 mm, ce qui permet de limiter la conduction thermique.
L'élément de jonction 1 1 est de préférence rigide pour assurer une rigidité mécanique à l'ensemble du capteur de température 1 . L'élément de jonction 1 1 est obtenu par usinage (décolletage), par exemple.
En variante, l'élément de jonction 1 1 peut être semi-rigide. Il peut être obtenu par emboutissage et matriçage d'une tôle métallique. L'avantage est de réduire le poids de l'élément de jonction 1 1 .
Comme illustré sur les figures 2 à 5, le connecteur électrique 5 du capteur de température 1 est destiné à recevoir un connecteur d'un véhicule 21 qui est relié à un dispositif électronique de contrôle (non représenté).
Le capteur de température 1 comprend un moyen de fixation 1 5 destiné à être fixé sur une paroi 22, comme représenté sur la figure 5. Cette paroi 22 délimite un milieu dont on cherche à connaître la température. La paroi 22 peut être une paroi d'un système d'échappement des gaz de combustion, à titre d'exemple.
Le moyen de fixation 1 5 entoure une portion de l'enveloppe de protection 3. Le moyen de fixation 1 5 comprend un canal central 23 traversé par l'enveloppe de protection 3. L'enveloppe de protection 3 présente une partie supérieure 1 6a s'étendant longitudinalement hors du moyen de fixation 1 5 dans la direction du connecteur électrique 5, lorsque le capteur de température 1 est fixé sur la paroi 22, comme représenté sur la figure 5. La partie supérieure 1 6a de l'enveloppe de protection 3 peut dépasser du moyen de fixation 15 lorsqu'il est fixé sur la paroi 22. Ce dépassement peut être de 0,5 cm à 2 cm par exemple. En variante, l'enveloppe de protection 3 peut même s'étendre jusqu'à l'élément de jonction 1 1 . Ceci permet d'augmenter la tenue mécanique au niveau de la gaine isolante 8.
Le moyen de fixation 15 peut comporter une butée 24 à sa partie inférieure qui est fixée à l'enveloppe de protection 3 et un moyen de serrage tel qu'une vis 25 pour serrer la butée 24 contre une surface d'appui de la paroi 22 délimitant le milieu à mesurer, comme illustré sur la figure 5. La vis 25 se situe au-dessus de la butée 24 et est libre en rotation et translation autour de l'enveloppe de protection 3.
En variante, la vis 25 peut être fixée à la butée 24.
La butée 24 peut être distante de l'élément de jonction 1 1 d'une distance comprise entre environ 3 et 4 cm, sans être limitatif. Cette proximité est possible grâce à l'efficacité thermique de l'élément de jonction 1 1 qui protège le connecteur électrique 5 de la zone chaude. Cette faible distance permet d'obtenir un capteur de température 1 compact.
L'enveloppe de protection 3 présente également une partie inférieure 16b s'étendant longitudinalement hors du moyen de fixation 15 dans la direction de l'élément sensible à la température 2.
Selon un mode de réalisation particulier (non représenté), la gaine isolante 8 comprend un coude afin pour faciliter l'intégration du capteur dans son environnement. Autrement dit, la gaine isolante 8 n'est pas rectiligne. Ce coude peut présenter un angle de 90 °C, par exemple.
Selon un autre mode de réalisation particulier (non représenté), le capteur de température 1 comprend un isolateur thermique disposé entre la gaine isolante 8 et l'élément de jonction 1 1 . Ceci permet de réduire la température du connecteur électrique 5 de 20 °C à 30 °C.
Ainsi, l'invention permet d'obtenir un capteur de température 1 pour véhicule automobile plus compact que ceux de l'art antérieur et présentant moins de composants. L'invention est particulièrement destinée à mesurer des températures élevées, par exemple supérieures à 900 °C, voire à 1 000°C, mais elle peut s'appliquer également à des températures plus basses, à partir de 450 °C.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Capteur de température (1 ) pour véhicule automobile comprenant
- un élément sensible à la température (2),
- une enveloppe de protection (3) comportant une extrémité fermée (4) dans laquelle est logé l'élément sensible à la température (2),
- un connecteur électrique (5) comportant deux éléments de liaison électrique (6),
- deux fils électriques (7) reliant l'élément sensible à la température (2) aux deux éléments de liaison électrique (6) du connecteur électrique (5), et
- une gaine isolante (8) entourant les deux fils électriques (7), caractérisé en ce qu'il comprend : un élément de jonction (1 1 ) fixé d'une part à la gaine isolante (8) et d'autre part au connecteur électrique (5), ledit élément de jonction (1 1 ) entourant les deux éléments de liaison électrique (6) du connecteur électrique (5).
2. Capteur de température (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la gaine isolante (8) est prolongée jusqu'au voisinage du connecteur électrique (5).
3. Capteur de température (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de jonction (1 1 ) est fixé à une partie d'extrémité supérieure (10) de la gaine isolante (8).
4. Capteur de température (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément de jonction (1 1 ) présente une forme générale sensiblement tronconique avec une ouverture inférieure (12) de diamètre D1 et une ouverture supérieure (13) de diamètre D2 supérieur au diamètre D1 .
5. Capteur de température (1 ) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie d'extrémité supérieure (10) de la gaine isolante (8) est insérée dans l'ouverture inférieure (12) de l'élément de jonction (1 1 ), l'élément de jonction (1 1 ) étant soudé ou brasé ou serti sur la surface externe (14) de la gaine isolante (8).
6. Capteur de température (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément de jonction (1 1 ) présente une conductivité thermique inférieure à 50 W.m"1.K"1 (à 25 °C) et de préférence inférieure à 15 W.m"1.K"1 (à 25 °C).
7. Capteur de température (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'épaisseur moyenne de l'élément de jonction (1 1 ) est inférieure à 1 ,5 mm.
8. Capteur de température (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément de jonction (1 1 ) présente une masse inférieure à 10g, et de préférence inférieure à 5g.
9. Capteur de température (1 ) selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le connecteur électrique (5) est inséré dans l'ouverture supérieure (13) de l'élément de jonction (1 1 ), l'élément de jonction (1 1 ) étant serti au connecteur électrique (5).
10. Capteur de température (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'enveloppe de protection (3) recouvre la gaine isolante (8) depuis une extrémité inférieure (9) de la gaine isolante (8) située au voisinage de l'élément sensible à la température (2) jusqu'à une partie supérieure (16a) de l'enveloppe de protection (3), la gaine isolante (8) s'étendant longitudinalement hors de la partie supérieure (16a) de l'enveloppe de protection (3) en direction du connecteur électrique (5).
1 1 . Capteur de température (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de fixation (15) destiné à être fixé sur une paroi (22), ledit moyen de fixation (15) entourant une portion de l'enveloppe de protection (3), la partie supérieure (16a) de l'enveloppe de protection (3) s'étendant longitudinalement hors du moyen de fixation (15) dans la direction du connecteur électrique (5), lorsque le capteur de température (1 ) est fixé sur ladite paroi (22) .
12. Capteur de température (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce que la gaine isolante (8) comprend un coude.
13. Capteur de température (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend un isolateur thermique disposé entre la gaine isolante (8) et l'élément de jonction (1 1 ).
14. Utilisation du capteur selon une des revendications 1 à 13 dans un véhicule à moteur.
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