FR2817965A1 - Element de detection de gaz et detecteur de gaz - Google Patents
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Abstract
Dans cet élément de détection de gaz comprenant un substrat électrolytique solide (12), une électrode (111) située du côté du gaz mesuré qui est prévue sur une surface du substrat (12) pour être exposée au gaz mesuré, une électrode (112) située du côté du gaz de référence et prévue sur une surface opposée du substrat (12) pour être exposée à un gaz de référence situé dans une chambre (100), un élément (11) absorbant la vapeur d'eau et prévu dans la chambre (100).Application notamment aux capteurs de gaz servant à contrôler la combustion d'un moteur à combustion interne.
Description
ÉLÉMENT DE DÉTECTION DE GAZ ET DÉTECTEUR DE GAZ
La présente invention concerne un élément de détection de gaz et un détecteur de gaz utilisé pour
contrôler la combustion d'un moteur à combustion interne.
Habituellement, un détecteur de gaz est équipé d'un système à gaz d'échappement d'un véhicule automobile pour régler un rapport aircarburant d'un mélange gazeux introduit dans un moteur à combustion interne. Un élément
de détection de gaz, disposé dans le détecteur de gaz, com-
prend habituellement un substrat électrolytique solide pos-
sédant une conductivité pour les ions oxygène, une élec-
trode située du côté du gaz mesuré et prévue sur le subs-
trat électrolytique solide de manière à être exposée à un gaz mesuré, et une électrode située du côté d'un gaz de référence, prévue sur le substrat électrolytique solide de
manière à être exposé à un gaz de référence.
L'élément de détection de gaz fournit une valeur de détection (par exemple une valeur de courant limite) représentant la concentration en oxygène présente dans les gaz d'échappement. La valeur de détection de l'élément de détection de gaz reproduit le rapport air/carburant dans
une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne.
Le moteur à combustion interne reste souvent dans un état inactif pendant un long intervalle de temps (par exemple plusieurs heures et plusieurs jours). On sait de façon classique que l'élément de détection de gaz produit un signal de sortie extraordinaire au moment o le moteur fonctionne à nouveau après une longue interruption de cette sorte. Ce type de signal de sortie extraordinaire du détecteur se maintient pendant plusieurs secondes jusqu'à quelques dizaines de secondes après un démarrage à froid du moteur. Pendant cette période, le signal de sortie du détecteur se décale sur une gamme importante vers le côté riche (se référer à une courbe caractéristique (c) qui sera décrite ultérieurement et est représentée sur la figure 4 annexée à la présente demande). En réponse à un tel signal de sortie anormal du détecteur, c'est-à-dire à un signal correspondant à un état extraordinairement riche, un système de commande du moteur règle un rapport air/carburant du mélange gazeux introduit
dans la chambre de combustion sur un état pauvre.
Cependant, le signal d'état extraordinairement riche détecté ne reproduit pas une condition réelle air/carburant dans la chambre de combustion. La production continue d'un signal pauvre pendant un intervalle de temps important conduit à une augmentation excessive d'oxygène dans la chambre de combustion. Au contraire la quantité de carburant diminue et arrête le moteur en raison du manque
de carburant.
L'apparition d'un tel signal de sortie extraordi-
naire du détecteur est en général limitée à une première opération de démarrage lorsque le moteur est mis en marche après une interruption de longue durée. Un tel problème ne se présente plus lors de la seconde opération de démarrage
ou l'opération de démarrage suivante.
Pour résoudre les problèmes mentionnés précédem-
ment, un but de la présente invention est de fournir un élément de détection de gaz et un détecteur de gaz aptes à détecter de façon précise la concentration en oxygène ainsi que le rapport air-carburant même après que le moteur reste
à l'état inactif pendant une longue durée.
Pour atteindre les objectifs indiqués plus haut
et d'autres objectifs associés, la présente invention four-
nit un élément de détection de gaz comprenant un substrat électrolytique solide, une électrode située du côté d'un gaz mesuré est prévue sur une surface du substrat électrolytique solide, une électrode située du côté du gaz mesuré est prévue sur une surface du substrat électrolytique solide de manière à être exposée au gaz mesuré, une électrode située du côté d'un gaz de référence est prévue sur une surface opposée du substrat électrolytique solide de manière à être exposée à un gaz de référence dans une chambre à gaz de référence, et un élément d'absorption de la vapeur d'eau est prévu dans la
chambre à gaz de référence.
Le premier élément de détection de gaz selon la présente invention est caractérisé en ce que l'élément absorbant la vapeur d'eau est prévu dans la chambre à gaz
de référence.
L'élément absorbant la vapeur d'eau est formé par n'importe quelle substance apte à retenir des composantes d'eau et n'est pas limité à un matériau spécifique. Des détails de l'élément absorbant la vapeur d'eau seront
expliqués plus loin.
Le premier élément de détection de gaz selon
l'invention fonctionne de la manière suivante.
Tout d'abord on estime que le signal de sortie anormal du détecteur est produit en fonction du mécanisme suivant.
Après avoir été inactif pendant un long inter-
valle de temps (plusieurs heures ou plusieurs jours) l'élément de détection de gaz produit un signal anormal de
sortie. L'amplitude du signal anormal de sortie du détec-
teur dépend de l'humidité de l'atmosphère dans laquelle
l'élément de détection de gaz est placé.
L'auteur à la base de la présente invention a chauffé un élément de détection de gaz non utilisé pendant
une longue durée pour contrôler le composant d'un gaz sor-
tant de cet élément de détection de gaz et détecter une grande quantité de H20 qui adhère à l'élément de détection
de gaz.
En effet, lorsqu'un élément de détection de gaz
reste dans une atmosphère contenant de l'humidité, des par-
ticules d'eau adhère ou se dépose sur une électrode située
du côté du gaz de référence. La largeur d'un signal de sor-
tie anormal du détecteur révèle la présence d'une quantité importante de molécules d'eau. On estime qu'une rugosité de surface importante de l'électrode à gaz de référence permet une adhérence ou un dépôt aisé des molécules d'eau sur la
surface de l'électrode située du côté du gaz de référence.
Une fois que les molécules d'eau ont adhéré ou se sont déposées sur la surface de l'électrode, d'autres molécules d'eau s'accumulent aisément sur les précédentes sous
l'effet de la liaison hydrogène.
L'élément de détection de gaz est dans une condi-
tion telle qu'il est soumis à une chaleur lors du démarrage
du fonctionnement du moteur.
Comme cela est représenté sur la figure 2 annexée à la présente demande, l'apport de chaleur et la fonction catalytique d'une électrode 112 située du côté du gaz de référence activent en coopération les molécules d'eau qui adhèrent à la surface d'un substrat électrolytique solide 12 et les décomposent en des atomes d'oxygène et des atomes d'hydrogène. Lorsqu'ils sont ionisés, les atomes d'oxygène se déplacent en direction d'une électrode 111 située du côté du gaz mesuré, en traversant le substrat électrolyte solide 12 sous la forme d'un courant d'ions oxygène. On estime que le courant d'ions oxygène produit un signal de
sortie anormal du détecteur. Une fois que toutes les molé-
cules d'eau ont été décomposées, aucun signal de sortie anormal du détecteur n'est produit. C'est pourquoi il ne se
pose aucun problème lors de la seconde opération de démar-
rage du moteur et des suivantes tant qu'aucune molécule d'eau ne subsiste sur la surface de l'électrode située du
côté du gaz de référence.
Compte tenu de ce qui précède, il est prévu conformément à la présente invention de disposer l'élément
absorbant la vapeur d'eau dans la chambre à gaz de réfé-
rence pour empêcher que les molécules d'eau n'adhèrent à la
surface de l'électrode située du côté du gaz de référence.
C'est pourquoi on obtient un signal de sortie précis du détecteur, qui reproduit une consommation actuelle
d'oxygène dans le gaz mesuré.
Comme cela ressort à l'évidence de la description
précédente, la présente invention fournit un excellent élé-
ment de détection de gaz apte à détecter de façon précise la concentration en oxygène ainsi que le rapport air/carburant même une fois que le moteur est resté dans un
état inactif pendant un long intervalle de temps.
Conformément à une forme de réalisation préfé-
rable de la présente invention, l'élément absorbant la
vapeur d'eau est prévu de manière à fermer un espace inté-
rieur de la chambre à gaz de référence.
Cet agencement permet d'empêcher à la vapeur
d'eau de pénétrer dans la chambre à gaz de référence.
L'élément absorbant la vapeur d'eau peut être prévu au niveau d'une extrémité d'ouverture de la chambre à
gaz de référence de manière à fermer entièrement l'extré-
mité d'ouverture comme cela est représenté sur la figure 1 annexée à la présente demande. D'une manière générale l'extrémité d'ouverture de la chambre à gaz de référence est un emplacement o la température n'est pas accrue de cette manière. Par conséquent un élément, qui ne résiste pas à la chaleur, peut être utilisé en tant qu'élément
absorbant la vapeur d'eau.
En outre, comme cela est représenté sur la figure 3 annexée à la présente demande, il est possible de prévoir l'élément absorbant la vapeur d'eau dans une position intermédiaire de manière à fermer une partie médiane de la chambre à gaz de référence. Cet agencement est avantageux en ce que l'élément absorbant la vapeur d'eau est exempt de
tout danger lorsque l'élément de détection de gaz est ins-
tallé dans un détecteur de gaz.
En tout cas il est préférable que l'élément absorbant la vapeur d'eau soit disposé entièrement le long de la paroi intérieure de la chambre à gaz de référence de
manière à empêcher que la vapeur d'eau n'atteigne l'élec-
trode située du côté du gaz de référence. Conformément à la forme de réalisation préférée de l'invention, l'élément absorbant la vapeur d'eau est prévu de manière à recouvrir l'électrode située du côté du gaz de référence prévue dans
la chambre à gaz de référence.
Cet agencement empêche de façon sûre que les molécules d'eau n'atteignent l'électrode située du côté du
gaz de référence.
Conformément à la forme de réalisation préférable de la présente invention, l'élément absorbant la vapeur
d'eau est poreux.
Lorsque la vapeur d'eau traverse l'élément poreux, la vapeur d'eau rencontre une surface de paroi d'un labyrinthe formé dans cet élément poreux. La surface de paroi absorbe (c'est-à-dire retient) la vapeur d'eau et par conséquent empêche que les molécules d'eau n'atteignent
l'électrode située du côté du gaz de référence.
Conformément à une forme de réalisation préférée de la présente invention, l'élément absorbant la vapeur
d'eau est de l'alumine poreuse.
En raison de l'excellente durabilité de l'alumine à la chaleur, il devient possible d'empêcher que l'élément de détection de gaz soit détérioré lorsqu'il est exposé à
des gaz d'échappement à haute température.
En particulier l'élément absorbant la vapeur
d'eau formé d'alumine poreuse présente une excellente dura-
bilité lorsque l'élément absorbant la vapeur d'eau est dis-
posé à proximité d'une partie à haute température (par
exemple l'électrode située du côté du gaz de référence).
En dehors de l'alumine poreuse, le charbon activé et le gel de silice sont des substances préférables pour l'élément absorbant la vapeur d'eau. Bien que sa durabilité à la chaleur ne soit pas aussi excellente, le charbon activé est bon marché et par conséquent peut être utilisé en tant qu'élément absorbant la vapeur d'eau disposé au voisinage de l'extrémité d'ouverture de la chambre à gaz de référence. Bien que sa capacité d'absorption ne soit pas aussi bonne que celle du charbon activé, le gel de silice est stable dans une atmosphère à haute température et peut être utilisé en tant qu'élément d'absorption de la vapeur
d'eau prévu à proximité d'une partie à haute température.
Il est préférable d'utiliser un élément absorbant
la vapeur d'eau formé d'une céramique poreuse.
La présente invention fournit un détecteur de gaz comportant un élément de détection de gaz comprenant un substrat électrolytique solide, une électrode disposée du
côté d'un gaz mesuré et prévue sur une surface dudit subs-
trat électrolytique solide de manière à être exposée au gaz mesuré, et une électrode située sur le côté d'un gaz de référence et prévue sur une surface opposée dudit substrat électrolytique solide de manière à être exposée à un gaz de référence stocké dans une chambre à gaz de référence. Le
détecteur de gaz selon la présente invention est caracté-
risé par un boîtier cylindrique pour retenir fermement ledit élément de détection de gaz, un capot situé du côté du gaz de référence et prévu sur un côté de l'extrémité proximale dudit boîtier et comportant un trou d'introduction d'air, un capot situé du côté du gaz mesuré et prévu sur un côté d'extrémité distale dudit boîtier, et une partie formant écran pour la vapeur d'eau ou un élément absorbant la vapeur d'eau, prévu dans un passage d'introduction d'air qui s'étend depuis ledit trou
d'introduction d'air jusqu'à ladite chambre à gaz de réfé-
rence.
Conformément au détecteur de gaz selon la pré-
sente invention, l'air pénétrant par le trou d'introduction d'air est introduit dans la chambre à gaz de référence, dans l'élément de détection de gaz. La partie formant écran pour la vapeur d'eau ou l'élément absorbant la vapeur d'eau, prévu dans un passage d'introduction d'air, empêche que la vapeur d'eau ne pénètre dans la chambre à gaz de référence. Par conséquent il devient possible d'empêcher de façon sûre une pénétration des molécules d'eau dans la
chambre à gaz de référence même lorsque l'élément de détec-
tion de gaz est placé dans un état inactif depuis long-
temps.
Comme cela ressort de la description précédente,
la présente invention fournit un excellent détecteur de gaz
apte à détecter de façon précise la concentration en oxy-
gène ainsi que le rapport air/carburant même après que le moteur est resté inactif pendant un long intervalle de temps. Conformément à la forme de réalisation préférée selon l'invention, la partie formant écran pour la vapeur d'eau est un élément formant capot permettant d'ouvrir ou
de fermer sélectivement le passage d'introduction.
Cet agencement est avantageux en ce qu'aucun
traitement pour la chambre à gaz de référence n'est requis.
En d'autres termes la présente invention fournit un détec-
teur de gaz qui est facile à fabriquer.
Il est préférable que l'élément formant capot ouvre le passage d'introduction d'air lors du démarrage du fonctionnement du moteur et ferme le passage d'introduction d'air lors de l'arrêt du fonctionnement du moteur. En ce qui concerne un mécanisme d'ouverture/fermeture de l'élément formant capot, il est possible d'utiliser un moteur, un servomécanisme, un autre actionneur ainsi qu'un
élément bimétallique et un alliage à mémoire de forme.
Conformément à la forme de réalisation préférée de la présente invention, l'élément absorbant la vapeur
d'eau est poreux.
Lorsque la vapeur d'eau traverse l'élément poreux, la vapeur d'eau rencontre une surface de paroi d'un labyrinthe formé dans l'élément poreux. La surface de paroi absorbe (c'est-à-dire retient) la vapeur d'eau et par conséquent empêche que les molécules d'eau n'atteignent
l'électrode située du côté du gaz de référence.
Conformément à une forme de réalisation préférée de la présente invention, la chambre à gaz de référence de l'élément de détection de gaz possède une extrémité d'ouverture communiquant avec l'espace intérieur du capot situé du côté du gaz de référence, et que la partie formant écran pour la vapeur d'eau ou l'élément absorbant la vapeur d'eau est prévue sur l'extrémité d'ouverture de la chambre
à gaz de référence.
Avec cet agencement, il devient possible d'empê-
cher efficacement la pénétration de vapeur d'eau dans la
chambre à gaz de référence.
La présente invention fournit un second élément de détection de gaz comprenant un substrat électrolytique solide, une électrode disposée du côté d'un gaz mesuré et prévue sur une surface dudit substrat électrolytique solide de manière à être exposée au gaz mesuré, et une électrode située sur le côté d'un gaz de référence et prévue sur une surface opposée dudit substrat électrolytique solide de manière à être exposée à un gaz de référence stocké dans une chambre à gaz de référence, caractérisé en ce qu'un film isolant mince est prévu sur une surface de l'électrode
située du côté du gaz de référence.
Conformément au second élément de détection de gaz selon la présente invention, les molécules d'eau, qui adhèrent à la surface de l'électrode ou se déposent sur cette surface, sont bloquées par le film mince isolant et ne peuvent pas atteindre l'électrode latérale située du côté du gaz de référence. Sous l'effet de son énergie cinétique, l'oxygène qui est présent dans la chambre à gaz de référence peut traverser le film isolant mince. Par conséquent, le film isolant mince n'a aucune influence nuisible sur la performance de l'élément de détection de gaz. Le second élément de détection de gaz selon la présente invention peut éliminer efficacement un signal de sortie anormal de détection provoqué par un courant d'ions
oxygène dérivé des molécules d'eau.
Comme cela ressort à l'évidence de la description
précédente, la présente invention fournit un excellent élé-
ment de détection de gaz apte à détecter de façon précise la teneur en oxygène ainsi que le rapport air/carburant après que le moteur est resté dans un état inactif pendant longtemps. Conformément à la forme de réalisation préférée de la présente invention, l'épaisseur du film isolant mince
se situe dans une gamme comprise entre 1 nm et 10 nm.
Cet agencement empêche de façon sûre une décompo-
sition des molécules d'eau sur l'électrode située du côté
du gaz de référence.
Si l'épaisseur du film isolant mince est infé-
rieure à 1 nm, il est difficile d'obtenir des effets de la présente invention. Si l'épaisseur du film isolant mince est supérieure à 10 nm, l'électrode fournit une capacité d'isolation inappropriée et par conséquent la performance
du détecteur est plus mauvaise.
La présente invention fournit un troisième élé-
ment de détection de gaz comprenant un élément de détection de gaz comprenant un substrat électrolytique solide, une électrode disposée du côté d'un gaz mesuré et prévue sur une surface du substrat électrolytique solide de manière à être exposée au gaz mesuré, et une électrode située sur le côté d'un gaz de référence et prévue sur une surface opposée dudit substrat électrolytique solide de manière à être exposée à un gaz de référence stocké dans une chambre à gaz de référence, caractérisé en ce qu'une rugosité de
surface de ladite électrode située du côté du gaz de réfé-
rence est égale au maximum à 3 pm. Cet agencement lisse d'une manière substantielle la surface de l'électrode, ce qui réduit les molécules d'eau qui adhèrent à la surface de l'électrode ou s'y déposent. C'est pourquoi le troisième élément de détection de gaz selon la présente invention permet d'éliminer de façon efficace un signal de sortie anormal du détecteur, provoqué par un courant ionique d'ions oxygène dérivé des
molécules d'eau.
Si la rugosité de surface de l'électrode située du côté du gaz de référence est supérieure à 3 pm, l'amplitude d'un signal de sortie anormal du détecteur devient si élevée qu'elle ne peut pas être traitée comme une erreur admissible. La rugosité de surface maximale mesurable à l'aide d'un appareil de mesure de la rugosité de surface, est une valeur définie en tant que différence entre une position maximale et une position minimale sur
une surface mesurée.
Comme cela ressort à l'évidence de la description
précédente, la présente invention fournit un excellent élé-
ment de détection de gaz apte à détecter de façon précise la teneur en oxygène ainsi que le rapport air/carburant même après que le moteur soit resté inactif pendant un long
intervalle de temps.
La présente invention fournit un premier procédé de fabrication d'un élément de détection de gaz comportant
un élément de détection de gaz comprenant un substrat élec-
trolytique solide, une électrode disposée du côté d'un gaz
mesuré et prévue sur une surface dudit substrat électroly-
tique solide de manière à être exposée au gaz mesuré, et une électrode située sur le côté d'un gaz de référence et
prévue sur une surface opposée dudit substrat électroly-
tique solide de manière à être exposée à un gaz de réfé-
rence stocké dans une chambre à gaz de référence, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes consistant à: préparer une première feuille à vert servant à former ledit substrat électrolytique solide et une seconde feuille à vert servant à former ladite chambre à gaz de référence, prévoir une première partie d'impression sur ladite première feuille à vert pour former ladite électrode située du côté du gaz mesuré, et une seconde partie d'impression pour former ladite électrode située du côté du gaz de référence, appliquer une force de pression à ladite première feuille à vert, stratifier d'une manière intégrée lesdites première et seconde feuilles à vert, presser lesdites première et seconde feuilles à vert l'une contre l'autre pour obtenir un corps stratifié pressé, et fritter ledit corps stratifié pressé, caractérisé en ce que la force de pression appliquée à ladite première feuille à vert se situe dans la gamme comprise entre 10 MPa et
70 MPa.
Sous l'effet de l'application d'une force de pression comprise entre 10 MPa et 70 MPa sur la feuille à vert électrolytique solide, il devient possible d'obtenir
une électrode située du côté du gaz de référence, qui pos-
sède une surface lisse. Par conséquent des molécules d'eau ne peuvent pas aisément adhérer à l'électrode située du
côté du gaz de référence ni se déposer sur cette électrode.
Par conséquent il devient possible d'obtenir un élément de détection de gaz apte à éliminer d'une manière efficace un
signal de sortie anormal du détecteur provoqué par un cou-
rant d'ions oxygène dérivé des molécules d'eau.
Si la force de pression est inférieure à 10 MPa,
il est difficile d'obtenir l'effet selon la présente inven-
tion. Si la force de pression dépasse 70 MPa, il se produit un endommagement important de la feuille à vert, et une
fissuration se produit lors du processus de frittage.
Comme cela ressort à l'évidence de la description
précédente, la présente invention fournit un excellent pro-
cédé de fabrication pour un élément de détection de gaz apte à détecter de façon précise la teneur en oxygène ainsi que le rapport air/carburant même après que le moteur est
resté inactif pendant un long intervalle de temps.
La présente invention fournit un second procédé pour fabriquer un élément de détection de gaz comprenant un
élément de détection de gaz comprenant un substrat électro-
lytique solide, une électrode disposée du côté d'un gaz
mesuré et prévue sur une surface dudit substrat électroly-
tique solide de manière à être exposée au gaz mesuré, et une électrode située sur le côté d'un gaz de référence et
prévue sur une surface opposée dudit substrat électroly-
tique solide de manière à être exposée à un gaz de réfé-
rence stocké dans une chambre à gaz de référence, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes consistant à: préparer une première feuille à vert servant à former ledit substrat électrolytique solide et une seconde feuille à vert servant à former ladite chambre à gaz de référence, prévoir une première partie d'impression sur ladite première feuille à vert pour former ladite électrode située du côté du gaz mesuré, une seconde partie d'impression pour former ladite électrode située du côté du gaz de référence, stratifier lesdites première et seconde feuilles à vert d'un seul tenant, presser lesdites première et seconde feuilles à vert l'une contre l'autre pour obtenir un corps stratifié pressé, et fritter ledit corps stratifié pressé, caractérisé en ce que ladite seconde partie d'impression pour former ladite électrode située du côté du gaz de référence inclut 5-10 % en poids de grains de ZrO2 contenus dans 100 % en poids d'une pâte pour électrode. Le mélange de grains de ZrO2 à une pâte de l'électrode située du côté du gaz de référence permet d'améliorer l'adhérence entre le substrat électrolytique solide et l'électrode située du côté du gaz de référence étant donné que les grains de ZrO2 peuvent s'intégrer dans le substrat électrolytique solide pendant l'opération de
frittage. Cependant les grains de ZrO2 augmentent éventuel-
lement la rugosité de surface du substrat électrolytique solide. C'est pourquoi l'électrode située du côté du gaz de référence possède une surface qui réfléchit la rugosité de
surface accrue du substrat électrolytique solide.
C'est pourquoi, lors de la formation de la partie
d'impression de l'électrode située du côté du gaz de réfé-
rence, sans que ceci soit influencé de façon nuisible par l'inclusion de grains de ZrO2. C'est pourquoi la surface de l'électrode située du côté du gaz de référence devient lisse au point que les molécules peuvent aisément adhérer à
l'électrode située du côté du gaz de référence ou se dépo-
ser sur cette électrode. Il devient possible d'obtenir un élément de détection de gaz apte à supprimer de façon effective un signal de sortie anormal du détecteur, qui est provoqué par un courant d'ions oxygène dérivé de molécules d'eau. Si le pourcentage de grains de ZrO2 est inférieur
à 5 % en poids, l'adhérence entre le substrat électroly-
tique solide et l'électrode située du côté du gaz de réfé-
rence s'altère et entraîne un écoulement aisé de
l'électrode. Si le pourcentage de grains de ZrO2 est supé-
rieur à 10 % en poids, il est difficile d'obtenir l'effet
de l'invention.
Comme cela ressort de la description précédente,
la présente invention fournit un excellent procédé de fabrication pour un élément de détection de gaz apte à détecter de façon précise la teneur en oxygène ainsi que le rapport air/carburant même après que le moteur est resté
inactif pendant un long intervalle de temps.
La pâte pour électrode peut inclure différents liants en plus des matériaux pour l'électrode. L'applica-
tion de la présente invention n'est pas limitée à un élé-
ment de détection de gaz du type à une seule cellule (c'est-à-dire comprenant une paire d'électrodes formées sur des surfaces opposées d'un substrat électrolytique solide comme représenté sur la figure 1). Au contraire la présente électrode peut être appliquée de préférence à un élément de détection de gaz du type à deux cellules, comme cela est représenté dans une septième forme de réalisation qui sera
décrite plus loin.
D'autres caractéristiques et avantages de la pré-
sente invention ressortiront de la description donnée ci-
après prise en référence aux dessins annexés, sur les-
quels: - la figure 1, est une vue en coupe transversale représentant un élément de détection de gaz conformément à une première forme de réalisation de la présente invention; - la figure 2, dont il a déjà été fait mention, est une vue en coupe transversale à plus grande échelle illustrant la production d'un courant d'ions oxygène dérivé de molécules d'eau qui adhèrent ou se déposent sur une électrode située du côté du gaz de référence; - la figure 3, dont il a déjà été fait mention,
est une vue en coupe transversale d'une variante d'un élé-
ment de détection de gaz selon la première forme de réali-
sation de la présente invention; - la figure 4, dont il a déjà été fait mention, est un graphique représentant la caractéristique de sortie du détecteur; - la figure 5 est une vue en coupe transversale représentant un élément de détection de gaz conforme à une seconde forme de réalisation de la présente invention; - la figure 6 est une vue en coupe transversale montrant un détecteur de gaz conforme à une troisième forme de réalisation de la présente invention; - la figure 7 est une vue en coupe transversale
d'un élément de détection de gaz conformément à une cin-
quième forme de réalisation de la présente invention; - la figure 8 est une vue en perspective éclatée représentant l'élément de détection de gaz Conformément à la cinquième forme de réalisation de la présente invention; - la figure 9 est une vue en coupe transversale représentant un élément de détection de gaz conformément à une septième forme de réalisation de la présente invention; et - la figure 10 est une vue en perspective éclatée représentant l'élément de détection de gaz conformément à
la septième forme de réalisation de la présente invention.
On va expliquer ci-après les formes de réalisa-
tion préférées de la présente invention en référence aux dessins annexés. Les parties identiques sont désignées par
les mêmes chiffres de référence sur l'ensemble des dessins.
En référence aux figures 1 à 4 on va expliquer un élément de détection de gaz conformément à une première
forme de réalisation.
Comme cela est représenté sur la figure 1, un
élément de détection de gaz 1 de la première forme de réa-
lisation comprend un substrat électrolytique solide 12. Une électrode 111 située sur le côté du gaz mesuré est prévue sur une surface du substrat électrolytique solide 12 de manière à être exposée à un gaz de mesure. L'électrode 112 située sur un côté du gaz de référence est prévue sur une surface opposée du substrat électrolytique solide 12 de manière à être exposée à un gaz de référence stocké dans une chambre à gaz de référence 100. Un élément 11 absorbant la vapeur d'eau est prévu au voisinage d'une extrémité d'ouverture 19 de la chambre à gaz de référence 100 de manière à fermer de façon substantielle l'ouverture de la
chambre à gaz de référence 100.
De façon plus spécifique, l'élément de détection de gaz 1 de cette forme de réalisation est incorporé dans un détecteur de gaz installé dans un système d'échappement
d'un moteur de véhicule automobile pour contrôler la com-
bustion du moteur.
Le substrat électrolytique solide 12 est un élé-
ment à base de zircone possédant une conductivité pour les ions oxygène. L'électrode 113 située du côté du gaz mesuré et l'électrode 112 située du côté du gaz de référence sont
toutes deux en platine.
Une couche résistive de diffusion 14 est montée sur une surface située du côté du gaz mesuré, du substrat
électrolytique solide 12 par l'intermédiaire d'une entre-
toise 13 de manière à définir une chambre à gaz mesuré 120 entourant l'électrode 111 située du côté du gaz mesuré. Une couche de protection 15 est empilée sur la couche résistive
* de diffusion 14 pour recouvrir entièrement la surface exté-
rieure de la couche résistive de diffusion 14.
L'entretoise 13, de la couche résistive de diffusion 14 et de la couche de protection 15 sont toutes réalisées en alumine. La couche résistive de diffusion 14 est un élément poreux possédant une perméabilité appropriée
aux gaz.
Une autre entretoise 10 est prévue sur une sur-
face, située du côté du gaz de référence, du substrat élec-
trolytique solide 12 de manière à définir une chambre à gaz de référence 100. Un substrat de chauffage 16 est empilé sur une surface opposée de l'entretoise 10. Un élément de
chauffage 160 est enserré entre l'entretoise 10 et le subs-
trat de chauffage 16.
Le gaz de référence, c'est-à-dire de l'air, est introduit dans la chambre à gaz de référence 100 à partir
de l'extrémité d'ouverture 19. Une autre surface d'extré-
mité extérieure de l'élément 11 absorbant la vapeur d'eau et une surface d'extrémité longitudinale de l'élément 1 de
détection du gaz sont positionnées simultanément.
L'élément 11 absorbant la vapeur d'eau est formé
d'alumine poreuse et possède une porosité d'environ 60 %.
L'élément 11 absorbant la vapeur d'eau est formé dans l'espace intérieur de la chambre à gaz de référence 100 au
moyen d'une immersion dans l'alumine.
Bien que ceci ne soit pas représenté sur le des-
sin, la couche résistive de diffusion 14 est réunie à l'entretoise 13 par l'intermédiaire d'une couche d'adhésif de la série alumine. De façon similaire l'entretoise 10 est réunie à la surface, tournée du côté du gaz de référence, du substrat électrolytique solide 12 par l'intermédiaire
d'une couche d'adhésif de série prévue pour l'alumine.
Ci-après, on va expliquer la performance de l'élément de détection de gaz 1 conformément à cette forme de réalisation, par rapport à un élément de détection de
gaz classique.
Une éprouvette préparée 1 est l'élément de
détection de gaz 1 décrit précédemment. Une éprouvette pré-
parée 2 est un élément de détection de gaz possédant le même agencement que l'élément de détection de gaz 1, mais modifié en ce que l'élément 11 absorbant la vapeur d'eau est un gel de silice. Les deux éprouvettes 1 et 2 sont les
éprouvettes de cette forme de réalisation.
Une éprouvette préparée 3 est un élément de détection classique possédant le même agencement que celui de l'élément de détection de gaz 1 hormis que l'élément 11
absorbant la vapeur d'eau n'est pas prévu.
Les éprouvettes 1 à 3 sont placées dans un envi-
ronnement humide (une unité = environ 60 %) à la tempéra-
ture ambiante pendant douze jours. Ensuite, on a incorporé chaque éprouvette dans un détecteur de gaz (non représenté) et on l'a installé dans un moteur réel pour mesurer le signal de sortie du détecteur obtenu immédiatement après le démarrage du moteur. La figure 4 représente le résultat mesuré, la ligne A correspondant au signal de sortie d'un détecteur de l'éprouvette 1, la ligne B un signal. de détecteur de l'éprouvette 2 et la ligne C un signal de
sortie de détecteur de l'éprouvette 3.
Sur la figure 4, on a représenté en abscisses le temps écoulé depuis le démarrage du moteur et en ordonnées
on a représenté une valeur de sortie (c'est-à-dire le rap-
port air/carburant) détecté par l'élément de détection de gaz 1. Le signal de sortie du détecteur devient 0 lorsque le rapport air/carburant (A/F) détecté possède une valeur théorique (= 14,6). La région située au- dessus de 0 est désignée comme une zone pauvre tandis que la région située
au-dessous de 0 est désignée comme étant côté rigide.
Comme on le comprendra à partir de la figure 4, le signal de sortie du détecteur de l'éprouvette 3 dévie fortement vers le côté riche (60,14 au maximum) à partir de
la valeur théorique en réponse au démarrage du fonctionne-
ment du moteur en raison de l'absence de l'élément 11 absorbant la vapeur d'eau. Chacune des deux éprouvettes, c'est-à-dire les éprouvettes 1 et 2, a présenté une faible déviation (-0,002 au maximum) vers le côté riche. Lorsque les écarts du signal de sortie du détecteur sur le côté riche dépasse -0,002, le système de commande du moteur règle le rapport air/carburant du mélange gazeux introduit
dans la chambre de combustion du moteur.
Conformément aux exemples 1 et 2 de cette forme
de réalisation, la déviation du signal de sortie du détec-
teur reste dans une gamme admissible. Par conséquent le système de commande du moteur ne fonctionne pas d'une
manière erronée.
L'élément de détection de gaz 1 de cette forme de réalisation présente les fonctions suivantes et les effets suivants. En raison de la disposition de l'élément 11
absorbant la vapeur d'eau dans la chambre à gaz de réfé-
rence 100, l'élément de détection de gaz 1 peut empêcher que les molécules d'eau n'adhèrent ou se fixent à la surface de l'électrode 102 située du côté du gaz de référence. C'est pourquoi il devient possible d'éliminer de façon efficace un signal de sortie anormal du détecteur, provoqué par un courant d'ions oxygène dérivé de molécules d'eau. En outre, comme cela est représenté sur la figure
2, la part de chaleur et la fonction catalytique de l'élec-
trode 112 située côté du gaz de référence active en coopé-
ration les molécules d'eau qui adhèrent à la surface du substrat électrolytique solide 12 et les décomposent en atomes d'oxygène et en atomes d'hydrogène. Lorsqu'ils sont ionisés, les atomes d'oxygène se déplacent vers l'électrode 111 située du côté du gaz mesuré, en traversant le substrat électrolytique solide 12 sous la forme d'un courant d'ions oxygène. Le courant d'ions oxygène ainsi produit provoque
un signal de sortie anormal du détecteur, qui s'écarte for-
tement de la valeur théorique vers le côté riche comme
représenté sur la figure 4.
Comme cela a été décrit précédemment, l'élément
de détection de gaz 1 de cette forme de réalisation ne pro-
duit aucun signal de sortie anormal du détecteur. Par conséquent lorsque l'élément de détection de gaz 1 de cette
forme de réalisation est utilisé pour commander la combus-
tion du moteur, le moteur ne cale pas brusquement sous l'effet d'un signal de sortie anormal du détecteur au moment o le fonctionnement du moteur démarre après une
longue interruption.
Compte tenu de ce qui précède, cette forme de réalisation fournit un excellent élément de détection de gaz apte à détecter de façon précise la teneur en oxygène ainsi que le rapport air/carburant même après que le moteur
est resté dans un état inactif pendant une longue période.
La figure 3 représente un élément de détection de gaz modifié 1' selon la première forme de réalisation de la présente invention, qui diffère en ce que l'élément 11 absorbant la vapeur d'eau est situé dans une position intermédiaire (c'est-à-dire médiane) dans la chambre à gaz de référence 100. Conformément à cet agencement, l'élément 11 absorbant la vapeur d'eau est décalé vers l'intérieur à partir de l'extrémité d'ouverture 19. Il devient possible d'empêcher l'endommagement de l'élément 11 absorbant la vapeur d'eau pendant une installation d'un détecteur de gaz
(non représenté).
La figure 5 représente un élément de détection de
gaz conforme à une seconde forme de réalisation de la pré-
sente invention, qui est caractérisé en ce que l'élément 11 absorbant la vapeur d'eau est prévu de manière à recouvrir
entièrement l'électrode 112 située du côté du gaz de réfé-
rence, qui est prévue dans la chambre à gaz de référence 100. L'élément 11 absorbant la vapeur d'eau est un
élément poreux formé d'alumine, fabriqué par immersion.
Le reste de l'élément de détection de gaz est sensiblement identique à celui de l'élément de détection de gaz 1 expliqué dans la première forme de réalisation. En prévoyant ce type d'élément 11 absorbant la vapeur d'eau il
devient possible de fournir un excellent élément de détec-
tion de gaz apte à empêcher de façon sûre que les molécules d'eau n'atteignent l'électrode 112 située du côté du gaz de référence. A cet égard, l'élément de détection de gaz la de la seconde forme de réalisation peut fonctionner de la même manière que l'élément de détection de gaz 1 de la première
forme de réalisation.
La figure 6 représente un détecteur de gaz 4 conformément à une troisième forme de réalisation de la
présente invention.
Comme cela est représenté sur la figure 6, le détecteur de gaz 4 de cette troisième forme de réalisation possède un boîtier cylindrique 41, dans lequel un élément de détection de gaz 40 est positionné et retenu de façon fixe. Un capot 32 situé du côté du gaz de référence, qui est prévu sur un côté d'extrémité proximale du boîtier 41, comporte un trou d'introduction d'air 420. Un capot 43
situé du côté du gaz mesuré est prévu sur un côté d'extré-
mité distale du boîtier 41.
Un élément 11 d'absorption de la vapeur d'eau est prévu dans un passage d'introduction d'air qui s'étend depuis le trou d'introduction d'air 401 jusqu'à la chambre
à gaz de référence (non représentée). L'élément de détec-
tion de gaz 40 possède le même agencement que celui de l'élément de détection de gaz 1 de la première forme de réalisation, hormis que l'élément 11 d'absorption de la vapeur d'eau est disposé à l'extérieur de la chambre à gaz
de référence 100.
De façon plus spécifique, comme représenté sur la figure 6, le capot 43 situé du côté du gaz mesuré possède
une structure à deux couches constituée par un noyau inté-
rieur 431 et un capot extérieur 432. Les capots intérieur et extérieur 431 et 432 sont équipés d'une pluralité de trous 430, par lesquels le gaz mesuré est introduit dans le capot 43 situé du côté du gaz mesuré. En d'autres termes le capot intérieur 431 confine une atmosphère de gaz mesuré 435 entourant l'élément de détection de gaz 40. Le capot 42 situé du côté du gaz de référence comporte une extrémité libre (c'est-à-dire qui correspond à l'extrémité proximale du détecteur de gaz 4) qui est en chevauchement, au niveau de sa surface extérieure, avec un capot extérieur 421. Un filtre 422 de refoulement de l'eau est enserré entre les parties en chevauchement du capot 41 situé du côté du gaz de référence et du capot extérieur 421. A la fois le capot 42 situé du côté du gaz de référence et le capot 421 situé sur le côté extérieur sont pourvus d'une pluralité de trous 420 d'introduction d'air au niveau d'une position axiale prédéterminée correspondant au filtre 422 de refoulement de l'air. Par conséquent, le gaz de référence (c'est-à-dire de l'air) est introduit par l'intermédiaire du trou 420 d'introduction de l'air et du filtre 422 qui refoule l'eau, dans le capot 42 situé du côté du gaz de référence. En
d'autres termes, le capot 42 situé du côté du gaz de réfé-
rence confine l'atmosphère du gaz de référence 425.
Le boîtier 41 possède une surface intérieure
cylindrique sur laquelle une partie saillante 411 est pré-
vue de manière à faire saillie dans la direction dirigée
radialement vers l'intérieur.
La partie saillante 411 du boîtier 41 supporte
une partie conique 431 prévue sur une surface, côté exté-
rieur, d'un isolant 43. Un tassement d'anneaux métalliques
445 est intercalé entre les parties saillantes 411 du boî-
tier 41 et la partie rétrécie 431 de l'isolateur 43 de manière à isoler de façon étanche à l'air l'atmosphère du gaz de référence 425 vis-à-vis de l'atmosphère du gaz
mesuré 435.
L'élément de détection de gaz 40 est inséré dans un perçage axial de l'isolant 43. Un élément d'étanchéité 405 réalise l'étanchéité, vis-à-vis de l'air, du jeu entre une surface intérieure de l'isolant 43 et l'élément de
détection de gaz 40.
Un isolant 432 situé du côté du gaz de référence est disposé axialement à la suite de l'isolant 43. Un ensemble de quatre conducteurs 46 sont disposés dans un espace intérieur de l'isolant 432 situé du côté du gaz de référence. Le détecteur 4 est équipé d'un ensemble de quatre bornes d'électrodes (non représentées) s'étendant vers
l'extérieur à partir du corps du détecteur pour deux élec-
trodes de sortie du détecteur et deux électrodes d'alimentation de dispositif de chauffage. Ces bornes d'électrodes sont connectées aux conducteurs 46 dans le
corps du détecteur.
La chambre à gaz de référence de l'élément de détection de gaz 40 débouche dans l'atmosphère de gaz de référence 425. L'élément 11 absorbant la vapeur d'eau est prévu de manière à fermer l'extrémité de l'ouverture de l'élément de détection de gaz 40. L'élément 11 absorbant la vapeur d'eau est situé entre les conducteurs 16 dans l'espace intérieur de l'isolant 432 situé du côté du gaz de référence. L'élément 11 absorbant la vapeur d'eau est un corps massif en gel de silice, par lequel la totalité de
l'air est introduite dans la chambre à gaz de référence.
Le détecteur de gaz 4 de cette forme de réalisa-
tion possède les fonctions et les effets suivants.
Conformément au détecteur de gaz 4, l'air est introduit dans la chambre à gaz de référence de l'élément de détection de gaz 40 par l'intermédiaire du trou d'introduction d'air 420. L'élément 11 absorbant la vapeur d'eau est prévu sur l'extrémité d'ouverture de l'élément de détection de gaz 40, c'est-à-dire dans le passage d'introduction de l'air. De ce fait il devient possible d'empêcher la pénétration de la vapeur d'eau dans la
chambre à gaz de référence.
Par conséquent, dans cette forme de réalisation les composantes d'eau ne peuvent pas adhérer à l'électrode située du côté du gaz de référence ni s'y déposer même lorsque l'élément de détection de gaz 40 reste dans un état inactif pendant une longue durée. Il devient possible d'empêcher efficacement le signal de sortie anormal du détecteur.
Comme cela ressort à l'évidence de ce qui pré-
cède, la troisième forme de réalisation fournit un excel-
lent détecteur de gaz apte à détecter de façon précise la teneur en oxygène ainsi que le rapport air/carburant après que le moteur est resté dans un état inactif pendant une
longue période.
Conformément à cette forme de réalisation, il est également préférable de prévoir un élément formant capot servant de partie formant écran contre la vapeur d'eau, qui peut ouvrir ou fermer sélectivement le passage
d'introduction d'air.
L'élément formant capot ouvre le passage d'introduction d'air lors du démarrage du fonctionnement du moteur et ferme le passage d'introduction d'air lors de
l'arrêt du fonctionnement du moteur. En fonction du méca-
nisme d'ouverture/de fermeture pour l'élément formant
capot, il est possible d'utiliser un moteur, un servoméca-
nisme, un autre actionneur ainsi qu'un élément bimétallique
et un alliage à mémoire de forme.
Cet agencement est avantageux en ce qu'aucun
traitement pour la chambre à gaz de référence n'est requis.
En d'autres termes la présente invention fournit un détec-
teur de gaz qui est facile à fabriquer.
Bien que ceci ne soit pas représenté, la qua-
trième forme de réalisation concerne un élément de détec-
tion de gaz caractérisé en ce qu'un film isolant mince est prévu de manière à recouvrir une surface de l'électrode
située du côté du gaz de référence.
Le film isolant mince est un film mince d'alumine ayant une épaisseur comprise entre 1 nm et 10 nm. En outre le film isolant mince de cette forme de réalisation est fabriqué au moyen du procédé ALE (atomic layer epitaxial, c'est-à-dire procédé de dépôt épitaxial de couche
atomique).
En effet, le chlorure d'aluminium et l'eau sont
mis à l'état de gaz et de vapeur et sont envoyés à une sur-
face chauffée de l'électrode située du côté du gaz de réfé-
rence. Les deux gaz réagissent sur la surface chauffée de manière à former un film mince possédant une épaisseur équivalente à au moins une couche atomique. Conformément à ce procédé, en raison de leur état gazeux les matériaux peuvent atteindre de façon sûre l'électrode située du côté du gaz de référence, située sur une extrémité intérieure de la chambre à gaz de référence. Cela permet de former de
façon précise un film isolant mince.
Le reste de l'élément de détection de gaz de cette forme de réalisation est essentiellement identique au reste de l'élément de détection de gaz 1 expliqué dans la première forme de réalisation, bien que l'élément absorbant
la vapeur d'eau ne soit pas prévu.
Comme décrit précédemment, l'élément de détection de gaz de cette forme de réalisation est pourvu d'un film mince d'alumine recouvrant l'électrode située du côté du
gaz de référence.
Par conséquent, même si les molécules d'eau adhè-
rent à la surface de l'électrode ou s'y fixent, les molé-
cules d'eau sont bloquées par la couche isolante d'alumine et ne peuvent pas atteindre le substrat électrolytique solide. Par ailleurs, en raison de son énergie cinétique, l'oxygène contenu dans l'air peut pénétrer dans la couche
d'alumine. Par conséquent le détecteur travaille correcte-
ment tout en éliminant efficacement un signal de sortie anormal de détecteur, qui est produit par un courant d'ions
oxygène dérivé de molécules d'eau.
Dans une cinquième forme de réalisation de la présente invention, il est prévu un procédé pour fabriquer un élément de détection de gaz possédant une surface très
lisse d'une électrode située du côté du gaz de référence.
Comme cela est représenté sur les figures 7 et 8,
un élément de détection de gaz lb de cette forme de réali-
sation comprend un substrat électrolytique solide 12, qui est un élément en zirconium possédant une conductivité pour les ions oxygène, une électrode 111 située du côté des gaz
mesurés et prévue sur une surface du substrat électroly-
tique solide 12, et une électrode 112 située du côté du gaz de référence et prévue sur une surface opposée du substrat électrolytique solide 12. Chacune des électrodes comprenant l'électrode 111 située du côté du gaz mesuré et l'électrode 112 située du côté du gaz de référence est formée de pla-
tine. Des conducteurs 113 et 114 sont raccordés aux élec-
trodes respectives 111 et 112. Des bornes 115 et 116 sont
connectées respectivement aux fils 113 et 114.
Une couche résistive de diffusion 14 est montée sur une surface, située du côté du gaz mesuré, du substrat
électrolytique solide 12 par l'intermédiaire d'une entre-
toise 13 de manière à définir une chambre à gaz mesurée 120 entourant l'électrode 111 située du côté du gaz mesuré. Une couche de protection ou formant écran 15 est disposée sur la couche résistive de diffusion 14 de manière à recouvrir entièrement la surface extérieure de la couche résistive de
diffusion 14.
L'entretoise 13, la couche résistive de diffusion 14 et la couche de protection 15 sont toutes formées
d'alumine. La couche résistive de diffusion 14 est un élé-
ment poreux possédant une perméabilité appropriée aux gaz.
Une autre entretoise 10 est prévue sur une sur-
face, tournée vers le gaz de référence, du substrat élec-
trolytique solide 12 de manière à définir une chambre à gaz de référence 100. Un substrat 16 de dispositif de chauffage est disposé sur une surface opposée de l'entretoise 10. Un élément chauffant 160 est inséré entre l'entretoise 10 et le substrat 16 du dispositif de chauffage. Une paire de fils 161 sont connectés à l'élément chauffant 160 de
manière à alimenter en énergie électrique l'élément chauf-
fant 160. Des bornes 162 sont connectées aux extrémités des
fils 161.
L'élément de détection de gaz lb décrit précédem-
ment est fabriqué de la manière indiquée ci-après.
Les matériaux utilisés pour former une feuille à vert dans le substrat formé par l'électrolyte solide 12
sont les suivants.
Tout d'abord on mélange 94,0 % en moles de zir-
cone et 6,0 % en moles d'yttrium pour obtenir une poudre mélangée. Ensuite on ajoute 0,15 partie en poids de Si2 et 2,0 parties en poids de A1203 à 100 parties en poids de la poudre mélangée, et on broie cette poudre et on la mélange
dans un broyeur à chaud pendant un intervalle de temps pré-
déterminé. Ensuite, on mélange le mélange broyé obtenu à un solvant organique (solution mixte d'éthanol et de toluène), un liant (polyvinylbutyrol) et un agent plastifiant
(phtalate de dibutyle) pour obtenir une pâte.
Ensuite, on traite la pâte obtenue conformément au procédé utilisant une racle pour l'amener sous la forme d'une nappe. On découpe dans la feuille obtenue une forme rectangulaire. On ouvre un trou traversant dans une partie
prédéterminée de la feuille. Le trou traversant est néces-
saire pour guider le fil 114 de l'électrode 112 située du côté du gaz de référence jusqu'à la borne 116 située à proximité de la borne 115 de l'électrode 111 située du côté
du gaz mesuré.
Ensuite on applique une pâte de Pt contenant de la zircone, sur la surface de la feuille par sérigraphie de manière à former des parties d'impression de l'électrode 111 située du côté du gaz mesuré, de l'électrode 112 située du côté du gaz de référence, des fils 113 et 114 et des bornes 115 et 116. Dans le procédé de fabrication indiqué précédemment, on obtient la feuille à vert du type à base
de zircone pour le substrat électrolytique solide 12.
Ensuite, on presse la feuille à vert pour le
substrat électrolytique solide 12 en appliquant à ce subs-
trat une pression prédéterminée. Pendant l'opération de
pression, les parties d'impression sont soumises à la pres-
sion appliquée.
On fabrique une feuille à vert pour le substrat
16 du dispositif de chauffage, de la manière indiquée ci-
apres. En utilisant un broyeur à chaud, on mélange une poudre d'alumine ayant une taille de grains prédéterminée à un solvant organique (solution mixte d'éthanol et de toluène), un liant (polyvinylbutyral) et un agent plasti-
fiant (phtalate de dibutyle) pour obtenir une pâte.
Ensuite on traite la pâte obtenue au moyen du procédé qui utilise une racle pour mettre la pâte sous la forme d'une feuille ou d'une nappe. On découpe la feuille
obtenue selon une forme rectangulaire.
On ouvre deux trous traversants au niveau de la partie d'extrémité de la feuille. Ces trous traversants sont nécessaires pour guider les fils 131 de l'élément chauffant 160. Ensuite on applique sur la surface de la
feuille une pâte de Pt contenant de l'alumine par sérigra-
phie pour former les parties imprimées des éléments de chauffage 160, des fils 161 et des bornes 162. Dans
l'ensemble des procédés de fabrication indiqués précédem-
ment, on obtient la feuille à vert de la série du type à
base d'alumine pour le substrat 16 du dispositif de chauf-
fage. Par ailleurs, on fabrique une autre feuille et on forme des parties découpées prédéterminées pour obtenir les
entretoises 10 et 13.
On fabrique une feuille à vert pour la couche
résistive de diffusion 14 de la manière suivante.
En utilisant un broyeur à chaud, on mélange une poudre d'alumine ayant une tai'le. de grains prédéterminée (supérieure à celle de la feuille isolante du type à base d'alumine) à un solvant organique (solution mixte d'éthanol
et de toluène), un liant polyvinylbutyral et un agent plas-
tifiant (phtalate de dibutyle) pour obtenir une pâte.
Ensuite on traite la pâte obtenue à l'aide du procédé utilisant une racle pour lui donner la forme d'une feuille ou d'une nappe. On découpe la feuille obtenue avec
une forme rectangulaire.
On fabrique une feuille à vert pour la couche de protection 15 de la manière indiquée ci-après. On prépare une pâte de la même manière que pour le substrat 16 du dispositif de chauffage. Ensuite on traite la pâte obtenue conformément au procédé utilisant une racle pour la mettre sous la forme d'une feuille ou d'une nappe. On découpe la feuille obtenue selon une forme rectangulaire pour obtenir la feuille à vert pour la couche
de protection 15.
On empile la feuille à vert du type à base de zircone et les feuilles à vert du type à base d'alumine
ainsi fabriquées dans un ordre prédéterminé (comme repré-
senté sur les figures 7 et 8) et on les presse ensemble pour obtenir un corps stratifié. Puis on fritte le corps
stratifié et pressé à 1500 C pendant une heure ce qui per-
met d'obtenir l'élément de détection de gaz lb.
Conformément à l'observation basée sur un appa-
reil de mesure de la rugosité de surface, il a été confirmé.
que l'électrode 112 située du côté du gaz de référence de
l'élément de détection de gaz obtenu lb possède une rugo-
sité de surface égale au maximum à 3 mm. Ceci est inférieur à une valeur (5 mm ou plus) de l'élément de détection de
gaz classique.
Lors de la fabrication de l'élément de détection de gaz fabriqué conformément à cette forme de réalisation, la force de pressage dans la gamme comprise entre 10 MPa et 70 MPa est appliquée à la feuilie à vert électrolytique solide. Cela permet de lisser la surface de l'électrode 112 située du côté du gaz de référence. Par conséquent, des
molécules d'eau ne peuvent pas aisément adhérer ni se dépo-
ser sur l'électrode située du côté du gaz de référence. Par conséquent il devient possible d'obtenir un élément de détection de gaz pouvant supprimer d'une manière effective un signal de sortie anormal du détecteur provoqué par un
courant d'ions oxygène dérivé de molécules d'eau.
La sixième forme de réalisation de la présente invention fournit un autre procédé pour fabriquer un élé- ment de détection de gaz dans lequel l'électrode située du
côté du gaz de référence possède une surface très lisse.
L'élément de détection de gaz selon cette forme de réalisation est fabriqué de la même manière que celui de la cinquième forme de réalisation. Cependant, le procédé de fabrication de cette forme de réalisation est caractérisé en ce que la partie d'empreinte pour former l'électrode 112 située du côté du gaz de référence inclut 5 à 10 % en poids de grains de ZrO2 contenus dans 100 % en poids d'une pâte
pour électrode.
On applique une force de pression de 5 MPa à la feuille à vert après avoir formé les parties d'impression
des électrodes. Bien que la pression appliquée soit légère-
ment inférieure à celle de la première forme de réalisa-
tion, il est possible d'obtenir un élément de détection de gaz possédant une surface d'électrode lisse équivalant à
celle de la cinquième forme de réalisation.
Par conséquent, lors de la formation de la partie d'impression de l'électrode située sur le côté du gaz de référence, en utilisant la pâte pour l'électrode décrite précédemment il est possible de réduire efficacement la rugosité de surface de l'électrode située du côté du gaz de référence, sans influence nuisible liée à l'inclusion de grains de ZrO2. La surface de l'électrode située du côté du
gaz de référence devient si lisse que des molécules ne peu-
vent pas aisément adhérer à l'électrode située sur le côté du gaz de référence ni s'y fixer. Il devient possible d'obtenir un élément de détection de gaz apte à éliminer
efficacement un signal de sortie anormal du détecteur pro-
voqué par un courant d'ions oxygène dérivé de molécules d'eau. Les figures 9 et 10 représentent un élément de détection de gaz 3 du type à 2 cellules conformément à une
septième forme de réalisation de la présente invention.
L'élément de détection de gaz 2 comprend deux feuilles électrolytiques solides à base de zircone 12 et 31, deux entretoises 10 et 32 et un substrat 16 pour le dispositif de chauffage. Une paire d'électrodes de pompe 311 et 312 sont prévues sur des surfaces opposées de la feuille électrolytique 31. Un trou d'épingle 310, qui introduit un gaz mesuré dans une chambre à gaz mesuré 320, est prévu de manière à s'étendre depuis une électrode 311 de la pompe jusqu'à l'autre électrode 312 de la pompe en travers de la feuille électrolytique solide 31. Un élément chauffant 160 est prévu sur la surface du substrat 16 du dispositif de chauffage. La chambre à gaz mesuré 320 est définie par l'entretoise 32. La chambre à gaz mesuré 320 forme une atmosphère de gaz mesuré entourant une électrode
111 située du côté du gaz mesuré.
Le reste de l'agencement de cette forme de réali-
sation est sensiblement identique à celui de la première
forme de réalisation.
L'élément de détection de gaz 3 de cette forme de réalisation peut mesurer une gamme étendue du rapport
* air/carburant et permet par conséquent de réaliser une com-
mande précise du rapport air/carburant d'un moteur de véhi-
cule automobile.
On peut réaliser sous plusieurs formes l'invention sans sortir du cadre de cette dernière, et les présentes formes de réalisation décrites sont par conséquent censées être uniquement illustratives et n'ont aucun caractère limitatif.
Claims (14)
1. Elément de détection de gaz, comprenant: un substrat électrolytique solide (12), une électrode (111) disposée du côté d'un gaz mesuré et prévue sur une surface dudit substrat électroly- tique solide (12) de manière à être exposée au gaz mesuré, et une électrode (112) située du côté d'un gaz de référence et prévue sur une surface opposée dudit substrat électrolytique solide (12) de manière à être exposée à un gaz de référence stocké dans une chambre à gaz de référence
(100),
caractérisé en ce qu'un élément (11) absorbant la
vapeur d'eau est prévu dans ladite chambre à gaz de réfé-
rence (100).
2. Elément de détection de gaz selon la revendi-
cation 1, caractérisé en ce que ledit élément (11) absor-
bant la vapeur d'eau est prévu de manière à fermer un espace intérieur de ladite chambre à gaz de référence
(100).
3. Elément de détection de gaz selon la revendi-
cation 1, caractérisé en ce que ledit élément (11) absor-
bant la vapeur d'eau est disposé de manière à recouvrir ladite électrode (112) située du côté du gaz de référence
et prévue dans ladite chambre à gaz de référence (100).
4. Elément de détection de gaz selon la revendi-
cation 1, caractérisé en ce que ledit élément (11) absor-
bant la vapeur d'eau est poreux.
5. Elément de détection de gaz selon la revendi-
cation 1, caractérisé en ce que ledit élément (11) absor-
bant la vapeur d'eau est une alumine poreuse.
6. Détecteur de gaz comportant un élément de détection de gaz comprenant un substrat électrolytique solide (12), une électrode (111) disposée du côté d'un gaz
mesuré et prévue sur une surface dudit substrat électroly-
tique solide (12) de manière à être exposée au gaz mesuré, et une électrode (112) située sur le côté d'un gaz de référence et prévue sur une surface opposée dudit substrat électrolytique solide (12) de manière à être exposée à un gaz de référence stocké dans une chambre à gaz de référence
(100),
caractérisé par
un boîtier cylindrique (41) pour retenir ferme-
ment ledit élément de détection de gaz (40), un capot (42) situé du côté du gaz de référence et prévu sur un côté de l'extrémité proximale dudit boîtier (41) et comportant un trou (420) d'introduction d'air, un capot (43) situé du côté du gaz mesuré et prévu sur un côté d'extrémité distale dudit boîtier (41), et une partie formant écran pour la vapeur d'eau ou un élément (11) absorbant la vapeur 'd'eau, prévu dans un passage d'introduction d'air qui s'étend depuis ledit trou d'introduction d'air (420) jusqu'à ladite chambre à gaz de
référence (100).
7. Détecteur de gaz selon la revendication 6, dans lequel ladite partie formant écran pour la vapeur d'eau est un élément formant capot apte à ouvrir ou fermer
sélectivement ledit passage d'introduction d'air.
8. Détecteur de gaz selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit élément (11) absorbant la
vapeur d'eau est poreux.
9. Détecteur de gaz selon l'une quelconque des
revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ladite chambre
à gaz de référence (111) dudit élément de détection de gaz possède une extrémité d'ouverture communiquant avec ledit espace intérieur dudit capot (42) situé du côté du gaz de référence, et que ladite partie formant écran pour la vapeur d'eau ou ledit élément (11) absorbant la vapeur d'eau est prévue sur ladite extrémité d'ouverture de ladite
chambre à gaz de référence (111).
10. Elément de détection de gaz comportant un élément de détection de gaz comprenant un substrat électrolytique solide (12), une électrode (111) disposée du côté d'un gaz mesuré et prévue sur une surface dudit substrat électrolytique solide (12) de manière à être exposée au gaz mesuré, et une électrode (112) située sur le côté d'un gaz
de référence et prévue sur une surface opposée dudit subs-
trat électrolytique solide (12) de manière à être exposée à un gaz de référence stocké dans une chambre à gaz de référence (100), caractérisé en ce qu'un film isolant mince est prévu sur une surface de ladite électrode (112) située du
côté du gaz de référence.
11. Elément de détection de gaz selon la revendi-
cation 10, caractérisé en ce que l'épaisseur dudit film isolant mince se situe dans une gamme comprise entre 1 nm
et 10 nm.
12. Elément de détection de gaz comportant un élément de détection de gaz comprenant un substrat électrolytique solide (12), une électrode (111) disposée du côté d'un gaz mesuré et prévue sur une surface dudit substrat électrolytique solide (12) de manière à être exposée au gaz mesuré, et une électrode (112) située sur le côté d'un gaz
de référence et prévue sur une surface opposée dudit subs-
trat électrolytique solide (12) de manière à être exposée à un gaz de référence stocké dans une chambre à gaz de référence (100), caractérisé en ce qu'une rugosité de surface de ladite électrode (112) située du côté du gaz de référence
est égale au maximum à 3 pm.
13. Procédé pour fabriquer un élément de détec-
tion de gaz comportant un élément de détection de gaz com-
prenant un substrat électrolytique solide (12), une élec-
trode (111) disposée du côté d'un gaz mesuré et prévue sur une surface dudit substrat électrolytique solide (12) de manière à être exposée au gaz mesuré, et une électrode (112) située sur le côté d'un gaz de référence et prévue sur une surface opposée dudit substrat électrolytique solide (12) de manière à être exposée à un gaz de référence stocké dans une chambre à gaz de référence (100), ledit procédé, étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: préparer une première feuille à vert servant à former ledit substrat électrolytique solide (12) et une seconde feuille à vert servant à former ladite chambre à gaz de référence (100), prévoir une première partie d'impression sur ladite première feuille à vert pour former ladite électrode (111) située du côté du gaz mesuré, et une seconde partie d'impression pour former ladite électrode située du côté du gaz de référence, appliquer une force de pression à ladite première feuille à vert,
stratifier d'une manière intégrée lesdites pre-
mière et seconde feuilles à vert, presser lesdites première et seconde feuilles à vert l'une contre l'autre pour obtenir un corps stratifié pressé, et fritter ledit corps stratifié pressé,
caractérisé en ce que la force de pression appli-
quée à ladite première feuille à vert se situe dans la
gamme comprise entre 10 MPa et 70 MPa.
14. Procédé pour fabriquer un élément de détec-
tion de gaz comprenant un élément de détection de gaz com-
prenant un substrat électrolytique solide (12), une élec-
trode (111) disposée du côté d'un gaz mesuré et prévue sur une surface dudit substrat électrolytique solide (12) de manière à être exposée au gaz mesuré, et une électrode (112) située sur le côté d'un gaz de référence et prévue sur une surface opposée dudit substrat électrolytique solide (12) de manière à être exposée à un gaz de référence stocké dans une chambre à gaz de référence (100), caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes consistant à: préparer une première feuille à vert servant à former ledit substrat électrolytique solide (12) et une seconde feuille à vert servant à former ladite chambre à gaz de référence (100), prévoir une première partie d'impression sur ladite première feuille à vert pour former ladite électrode (111) située du côté du gaz mesuré, une seconde partie d'impression pour former ladite électrode située du côté du gaz de référence, stratifier lesdites première et seconde feuilles à vert d'un seul tenant, presser lesdites première et seconde feuilles à vert l'une contre l'autre pour obtenir un corps stratifié pressé, et fritter ledit corps stratifié pressé, caractérisé en ce que ladite seconde partie d'impression pour former ladite électrode (12) située du côté du gaz de référence inclut 5-10 % en poids de grains
de ZrO2 contenus dans 100 % en poids d'une pâte pour élec-
trode.
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