La présente invention concerne un capteur de température, notamment pour mesurer des températures élevées, par exemple supérieures à 900 °C, voire à 1000°C, et son procédé de fabrication.

L'invention s'applique en particulier aux capteurs de température adaptés pour mesurer la température des gaz d'échappement de véhicules automobiles.

Aussi il peuvent être utilisés dans des systèmes de recirculation des gaz d'échappement EGR (« Exhaust Gas Recirculation »).

Ces capteurs peuvent comprendre un thermocouple pour mesurer les hautes températures.

Les thermocouples fournissent une précision de mesure relativement élevée et une dynamique élevée exprimée par le temps de réponse du capteur. C'est pourquoi ils sont utilisés dans ce domaine ayant des exigences élevées en termes de contrôle d'émissions de polluants.

Le principe de mesure des thermocouples est basé sur l'effet Seebeck qui se traduit par une différence de potentiel entre deux fils de métaux différents lorsqu'ils sont soumis à une différence de température.

Les deux fils de métaux sont soudés entre eux à une première extrémité formant une soudure chaude (ou point chaud) destinée à mesurer la température T1 du milieu à mesurer, comme par exemple la température des gaz d'échappement d'un système d'échappement.

Les deux fils métalliques du thermocouple comportent également chacun une deuxième extrémité reliée chacune à un voltmètre par une jonction froide (ou point froid) qui est à une température de référence T0.

Le signal de tension mesuré par le voltmètre entre les deuxièmes extrémités des fils métalliques est transmis vers l'extérieur à un circuit électrique / électronique d'exploitation d'un signal de mesure via des fils électriques.

La variation de tension entre les deux fils métalliques du thermocouple est proportionnelle à la variation de température entre la soudure chaude qui est à la température T1 et les deuxièmes extrémités des fils métalliques qui sont à une température de référence T0. En connaissant la température de référence TO du point froid et la tension entre les deuxièmes extrémités des fils métalliques, il est possible de déduire la température T1 du point chaud.

Dans les capteurs de température de l'art antérieur, les deux fils métalliques du thermocouple sont entourés par une gaine isolante comprenant un cœur minéral entouré par une enveloppe métallique.

La gaine isolante comprend une enveloppe métallique entourant un cœur minéral constitué d'un matériau minéral isolant tel de la magnésie, par exemple.

Pour répondre aux contraintes de précisons et de dynamique du capteur de température, il existe deux configurations de capteur connues.

La première configuration est basée sur l'utilisation d'une gaine isolante minérale MIC (Minerai Insulation Cable) de diamètre réduit, de l'ordre de 3 mm à 4 mm.

Cependant, cette configuration ne répond pas aux contraintes générées par l'environnement moteur tel que les vibrations. L'extrémité fermée de la gaine isolante est immergée dans le système d'échappement et subit des sollicitations mécaniques et thermiques très fortes. L'accélération lors des vibrations peut atteindre 400 m/s ² et la température peut atteindre 1200°C. Le gradient thermique peut être de l'ordre de 1500°C/s.

Ces contraintes mécaniques et thermiques sont susceptibles de fragiliser la gaine isolante et d'entraîner un disfonctionnement du capteur de température.

Le faible diamètre de cette gaine isolante impose alors l'ajout de tubes de renfort pour supporter les vibrations.

La deuxième configuration est basée sur une gaine isolante minérale MIC de diamètre important de l'ordre de 6 mm. Un retreint est alors appliqué sur cette gaine isolante minérale dans la zone de la jonction chaude afin de respecter un temps de réponse court.

Ce procédé de fabrication est cependant difficile à automatiser et implique actuellement des opérations manuelles délicates.

L'invention a donc pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur en proposant un capteur de température à la fois robuste, précis, ayant un temps de réponse court et plus simple à mettre en œuvre que ceux de l'art antérieur.

L'invention concerne un capteur de température pour véhicule automobile comprenant : un thermocouple comportant deux fils métalliques soudés entre eux à une première extrémité formant une soudure chaude pour mesurer une température T1 dans le véhicule automobile, les deux fils métalliques comportant chacun une deuxième extrémité connectée électriquement à un dispositif électronique ou un faisceau électrique qui y est relié, et

une première portion de thermocouple dans laquelle une gaine isolante entoure les fils métalliques du thermocouple, les deux fils métalliques de la première portion de thermocouple étant séparés d'une distance D.

Selon l'invention, le capteur de température comprend :

- une deuxième portion de thermocouple non recouverte par la gaine isolante s'étendant de la première extrémité des fils métalliques du thermocouple jusqu'à une extrémité avant de la gaine isolante, la deuxième portion de thermocouple comprenant une partie d'extrémité rétrécie dans laquelle les deux fils métalliques de la deuxième portion de thermocouple sont séparés d'une distance d qui est inférieure à la distance D séparant les fils métalliques de la première portion de thermocouple, et

un capuchon entourant la deuxième portion de thermocouple pour protéger la soudure chaude.

L'invention fournit ainsi un capteur de température destiné à mesurer des températures supérieures à 900 °C plus robuste, permettant de résister à des contraintes sévères de vibrations et de températures, précis, ayant un temps de réponse court (dynamique élevée) et plus simple à mettre en œuvre que ceux de l'art antérieur.

L'invention permet en particulier d'utiliser des gaines isolantes de grand diamètre, d'au moins 6 mm, permettant d'assurer une grande résistance aux vibrations, sans avoir recourt à des tubes de renfort autour de la gaine isolante ou à une opération de rétreint dans la zone de la soudure chaude.

Le thermocouple peut en outre comprendre une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison.

Selon un mode de réalisation possible, la distance d entre les deux fils métalliques de la deuxième portion de thermocouple est comprise entre 0,5 mm et 3 mm. Selon un mode de réalisation possible, la distance d entre les deux fils métalliques de la deuxième portion de thermocouple est comprise entre 1 mm et 2 mm.

Cet écartement est suffisant pour garantir l'isolation entre les deux fils métalliques mais également assez faible pour obtenir un temps de réponse élevé.

Selon un mode de réalisation possible, la deuxième portion de thermocouple s'étend sur une longueur comprise entre 6 mm et 10 mm.

Selon un autre mode de réalisation possible, la partie d'extrémité rétrécie de la deuxième portion de thermocouple s'étend sur une longueur supérieure ou égale à 4 mm.

Ceci permet de garantir la répétabilité du temps de réponse du thermocouple. Selon un autre mode de réalisation possible, le capuchon comprend :

- une première portion tubulaire entourant la partie d'extrémité rétrécie de la deuxième portion de thermocouple et comprenant une première extrémité fermée en regard de la première extrémité des fils métalliques du thermocouple,

- une deuxième portion comportant une première partie entourant la gaine isolante reliée perpendiculairement à une deuxième partie faisant butée sur l'extrémité avant de la gaine isolante, et

- une troisième portion de forme tronconique reliant la première portion tubulaire à la deuxième partie de la deuxième portion.

Selon un autre mode de réalisation possible, la première portion tubulaire du capuchon présente un diamètre d' qui est inférieur au diamètre de la deuxième portion du capuchon.

Le capuchon épouse ainsi la forme des fils métalliques de la deuxième portion de thermocouple afin que la paroi du capuchon soit la plus proche possible des fils métalliques pour réduire le temps de réponse du capteur.

Selon un autre mode de réalisation possible, le diamètre d' de la première portion tubulaire du capuchon est d'environ 2,6 mm. La distance entre les fils métalliques et le capuchon est supérieure ou égale à 0,5 mm.

Ces distances d" et d'" garantissent une distance suffisante entre les fils métalliques et la paroi et fond du capuchon pour assurer l'isolation électrique.

L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un capteur de température pour véhicule automobile tel que défini précédemment. Le procédé comprend une étape de fourniture d'un thermocouple comportant deux fils métalliques ayant deux premières extrémités. Le thermocouple comporte une première portion de thermocouple dans laquelle une gaine isolante entoure les fils métalliques. Les deux fils métalliques sont séparés d'une distance D à l'intérieur de la première portion de thermocouple.

Selon l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes:

obtention d'une deuxième portion de thermocouple non recouverte par la gaine isolante s'étendant de la première extrémité des fils métalliques du thermocouple jusqu'à une extrémité avant de la gaine isolante,

- réduction de l'écartement entre les deux fils métalliques de façon à former, dans la deuxième portion de thermocouple, une partie d'extrémité rétrécie dans laquelle les deux fils métalliques sont séparés d'une distance d qui est inférieure à la distance D séparant les fils métalliques de la première portion de thermocouple,

- soudure des deux premières extrémités des fils métalliques formant une soudure chaude pour mesurer une température T1 dans le véhicule automobile, et

fermeture de la deuxième portion de thermocouple par un capuchon pour protéger la soudure chaude.

Le procédé de l'invention permet de fabriquer un capteur de température destiné à mesurer des températures supérieures à 900 °C à la fois plus robuste, permettant de résister à des contraintes sévères de vibrations et de températures, précis, ayant un temps de réponse court et surtout plus simple à mettre en œuvre que ceux de l'art antérieur.

En particulier, contrairement aux procédés de l'art antérieur, il n'est plus nécessaire d'appliquer un rétreint au niveau de la soudure chaude, difficile à réaliser et générant un surcoût de fabrication. Le procédé peut être automatisé, réduisant le temps de fabrication et les coûts.

Le procédé de fabrication peut en outre comprendre une ou plusieurs étapes suivantes, prises séparément ou en combinaison.

Lors de l'étape d'obtention d'une deuxième portion de thermocouple non recouverte par la gaine isolante, une portion de gaine isolante recouvrant initialement les fils métalliques du thermocouple est retirée sur une longueur correspondant à la deuxième portion de thermocouple. Selon un autre mode de réalisation, la gaine isolante comprenant un cœur minéral entouré d'une enveloppe métallique, le procédé de fermeture de la deuxième portion de thermocouple par un capuchon comprend une étape de soudure du capuchon sur l'enveloppe métallique de la gaine isolante.

Les caractéristiques de l'invention seront décrites plus en détail en se référant aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 représente une coupe longitudinale d'un capteur de température selon l'invention montrant une deuxième portion de thermocouple non recouverte par la gaine isolante ;

- la figure 2 représente une coupe longitudinale de ce capteur de température montrant une partie d'extrémité rétrécie dans cette deuxième portion de thermocouple ;

la figure 3 représente une coupe longitudinale de ce capteur de température montrant cette deuxième portion de thermocouple recouverte d'un capuchon.

La figure 3 représente une vue en coupe longitudinale d'une partie d'un capteur de température 1 pour véhicule automobile selon l'invention.

Ce capteur de température 1 comprend un thermocouple 2 comportant deux fils métalliques 3 soudés entre eux à une première extrémité 4 formant une soudure chaude pour mesurer une température T1 dans le moteur d'un véhicule automobile.

Les deux fils métalliques 3 comportent chacun une deuxième extrémité connectée électriquement à un dispositif électronique (non représenté).

La température T1 correspond à la température du milieu à mesurer dans le moteur. Les fils métalliques 3 sont constitués de deux métaux différents, comme par exemple un couple de métaux Nisil/Nicrosil pour le thermocouple de type N. Le thermocouple 2 est de type J, K, T, R, S, N, par exemple.

La deuxième extrémité des deux fils métalliques est connectée électriquement à un voltmètre mesurant la tension entre les deux deuxièmes extrémités.

En connaissant la température de référence T0 à un point froid distant du point chaud, et la tension aux deuxièmes extrémités des fils métalliques du thermocouple, on en déduit la température T1 de la soudure chaude ou point chaud qui correspond à la température du milieu à mesurer dans le moteur du véhicule.

Le capteur de température 1 comprend une première portion de thermocouple 5 dans laquelle une gaine isolante 7 entoure les fils métalliques 3 du thermocouple. Les deux fils métalliques 3 de la première portion de thermocouple 5 sont séparés d'une distance D qui peut être d'environ 2,4 mm environ.

Dans le cadre de l'invention la gaine isolante (ou MIC pour Minerai Insulated Cable selon la terminologie anglaise) est constituée

- d'une gaine métallique 17 par exemple en Inconal600, 601 ou 31 OS,

d'une poudre isolante à base d'oxyde de magnésium ou d'aluminium ; cette poudre est compactée lors de l'opération de laminage qui produit le MIC de deux conducteurs thermocouple de type N, K, R, ...

La gaine isolante 7 comprend également une extrémité arrière (non représentée) par laquelle ressortent les deux fils métalliques 3 du thermocouple 2 pour se connecter au connecteur électrique.

La gaine isolante 7 comprend une extrémité avant 8 délimitant la première portion de thermocouple 5 du côté de la première extrémité 4 des fils métalliques 3.

La gaine isolante 7 entoure les deux fils métalliques 3 depuis cette extrémité avant 8 jusqu'à son extrémité arrière située au voisinage du dispositif électronique ou d'un faisceau s'y raccordant.

Les deux fils métalliques 3 sont entourés et maintenus dans la gaine isolante 7 de sorte que les deux fils métalliques 3 soient isolés entre eux et maintenus par la gaine isolante 7.

La gaine isolante 7 est par exemple de forme générale allongée selon une direction longitudinale correspondant à la direction longitudinale des deux fils métalliques 3. Cette gaine isolante 7 peut présenter une forme générale cylindrique. À titre d'exemple, la gaine isolante 7 présente un cœur minéral 18 en matière céramique, telle que l'oxyde de magnésium MgO ou l'oxyde d'aluminium AI203, électriquement isolant et résistante à la chaleur, qui est entouré par une enveloppe métallique 17 en acier inoxydable réfractaire résistant à des températures élevées, tel qu'un alliage de chrome, de nickel et de fer du type AISI 31 OS ou un superalliage de type Inconel600® ou Inconel601 ® (marques déposées). L'enveloppe métallique 17 peut être en acier inoxydable à faible taux de carbone pour faciliter la soudure sur le MIC et de type AISI 304L par exemple. Le cœur minéral 18 de la gaine isolante 7 peut être en magnésie ou alumine, par exemple.

Selon l'invention et comme illustré sur les figures 1 à 3, le capteur de température 1 comprend une deuxième portion de thermocouple 6 non recouverte par la gaine isolante 7 s'étendant de la première extrémité 4 des fils métalliques 3 du thermocouple 2 jusqu'à l'extrémité avant 8 de la gaine isolante 7 ou autrement dit jusqu'à la première portion de thermocouple 5.

Les deux fils métalliques 3 du thermocouple 2 sont en effet dénudés dans cette deuxième portion de thermocouple 6.

Comme représenté sur les figures 2 et 3, la deuxième portion de thermocouple 6 comprend une partie d'extrémité rétrécie 9 dans laquelle les deux fils métalliques 3 de la deuxième portion de thermocouple 6 sont séparés d'une distance d qui est inférieure à la distance D séparant les fils métalliques 3 de la première portion de thermocouple 5.

Autrement dit, la distance ou écartement entre les deux fils métalliques 3 a été réduit au voisinage des premières extrémités 4 des deux fils métalliques 3.

L'écartement doit être suffisant pour garantir l'isolation entre les deux fils métalliques 3 mais également assez faible pour obtenir un temps de réponse le plus petit possible.

La distance d entre les deux fils métalliques 3 de la deuxième portion de thermocouple 6 est comprise entre 1 mm et 2 mm.

Avantageusement, l'entraxe ou distance D entre les fils métalliques 3 du thermocouple 2 dans la première portion de thermocouple 5 est suffisamment important pour, d'une part, permettre de passer un outillage de conformage des fils métalliques 3 côté jonction chaude et d'autre part, permettre une soudure électrique avec le câble électrique positionné du côté opposé à la jonction chaude sans opération d'écartement additionnelle.

Pour cela, une distance D d'environ 2,4 mm est idéale.

La deuxième portion de thermocouple 6 s'étend sur une longueur comprise entre 6 mm et 1 0 mm.

La partie d'extrémité rétrécie 9 de la deuxième portion de thermocouple 6 s'étend sur une longueur e supérieure ou égale à 2 mm permettant d'obtenir un temps de réponse court.

Comme représenté sur la figure 3, le capteur de température 1 comprend un capuchon 1 0 entourant la deuxième portion de thermocouple 6 pour la protéger.

Le capuchon 1 0 permet de fermer la deuxième portion de thermocouple 6 et de protéger la soudure chaude. Le capuchon 10 est de préférence en métal du type acier inoxydable réfractaire haute température ou en matériau choisi parmi la famille des superalliages haute température tel que les Inconel600 ou Inconel601

Le capuchon 10 est obtenu de préférence par emboutissage.

Le capuchon 10 comprend une première portion tubulaire 1 1 entourant la partie d'extrémité rétrécie 9 de la deuxième portion de thermocouple 6. La première portion tubulaire 1 1 comprend une première extrémité fermée 12 en regard de la première extrémité 4 des fils métalliques 3 du thermocouple 2 formant la jonction chaude.

Le capuchon 10 comprend également une deuxième portion 13 comportant une première partie 14 entourant la gaine isolante 7. La première partie 14 présente une forme cylindrique.

La deuxième portion 13 est reliée perpendiculairement à une deuxième partie

15 faisant butée sur l'extrémité avant 8 de la gaine isolante 7. La deuxième partie 15 de la deuxième portion 13 du capuchon 10 prolonge la première partie 14 en direction du cœur minéral 18 de la gaine isolante 7. Cette deuxième partie 15 présente une forme de disque muni d'un orifice en son centre.

La première partie 14 de la deuxième portion 13 du capuchon 10 est soudée, de préférence par laser, à l'enveloppe métallique 17 de la gaine isolante 7.

Cette deuxième partie 15 permet de créer une butée d'assemblage et de la même occasion de garantir une distance maîtrisable et répétable d'une pièce à l'autre entre la jonction chaude et le fond 20 du capuchon 10.

Le capuchon 10 comprend aussi une troisième portion 16 de forme tronconique reliant la première portion tubulaire 1 1 à la deuxième portion 13 du capuchon 10 ou plus précisément à la deuxième partie 15 de la deuxième portion 13.

Les fils métalliques 3 du thermocouple 2 à l'intérieur de la partie d'extrémité rétrécie 9 de la deuxième portion de thermocouple 6 sont séparés de la distance d.

La distance entre les fils métalliques 3 augmente progressivement au fur et à mesure qu'ils rejoignent les fils métalliques 3 à l'intérieur de la première portion de thermocouple 5.

Les fils métalliques 3 du thermocouple 2 de la deuxième portion de thermocouple 6 présentent une forme générale triangulaire. Le capuchon 10 tend à épouser cette forme afin que la paroi du capuchon 10 soit la plus proche possible des fils métalliques 3. Dans une autre variante, le capuchon présente une forme cylindrique.

Le diamètre d' de la première portion tubulaire 1 1 du capuchon 10 est inférieur au diamètre de la deuxième portion 13 du capuchon 10.

Le diamètre d' de la première portion tubulaire 1 1 du capuchon 10 est d'environ 2,6 mm. Le diamètre d' est réduit dans la zone de la jonction chaude pour garantir un temps de réponse du thermocouple 2 court.

La distance d" entre les fils métalliques 3 et la paroi latérale 19 de la première portion tubulaire 1 1 du capuchon 10 est supérieure ou égale à 0,5 mm.

La distance d'" entre les fils métalliques 3 et le fond 20 de la première portion tubulaire 1 1 du capuchon 10 est supérieure ou égale à 0,5 mm.

Ces distances d" et d'" garantissent une distance suffisante entre les fils métalliques 3 et la paroi 19 et fond 20 du capuchon 10.

La partie d'extrémité rétrécie 9 de la deuxième portion de thermocouple 6 présente une longueur e qui est suffisante pour garantir la répétabilité du temps de réponse. La longueur e est supérieure ou égale à 2 mm.

La première partie 14 de la deuxième portion 13 du capuchon 10 présente une longueur c supérieure ou égale à 1 ,5 mm qui doit être suffisante pour guider le capuchon 10 sur la gaine isolante 7, garantissant une meilleure coaxialité avec les fils métalliques 3 du thermocouple 2.

La troisième portion 16 du capuchon 10 comprend une partie arrière de grande section 21 de diamètre b qui est supérieure ou égale à 2,6 mm. Cette partie arrière de grande section 21 est reliée à la deuxième partie 15 de la deuxième portion 13.

La troisième portion 16 du capuchon 10 comprend une partie avant de petite section 22 de diamètre d' qui est inférieure au diamètre b. Cette partie avant de petite section 22 est reliée à la première portion tubulaire 1 1 du capuchon 10.

Avantageusement, les fils métalliques 3 du thermocouple 2 auront un diamètre suffisamment faible pour entrer dans un diamètre interne de capuchon 10 d'environ 2.6 mm tout en assurant un jeu de 0,5 mm avec les parois de ce capuchon 10. Par exemple, les fils métalliques 3 du thermocouple 2 peuvent présenter un diamètre compris entre 0,3 mm et 0,6 mm, plus précisément un diamètre compris entre 0,45mm +/- 0,15.

L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un capteur de température 1 pour véhicule automobile tel que défini précédemment comprenant une étape de fourniture d'un thermocouple 2 comportant deux fils métalliques 3 ayant deux premières extrémités 4.

Le thermocouple 2 comporte une première portion de thermocouple 5 dans laquelle une gaine isolante 7 entoure les fils métalliques 3. Les deux fils métalliques 3 sont séparés d'une distance D à l'intérieur de la première portion de thermocouple 5.

Selon l'invention, le procédé de fabrication comprend une étape d'obtention d'une deuxième portion de thermocouple 6 non recouverte par la gaine isolante 7 s'étendant de la première extrémité 4 des fils métalliques 3 du thermocouple 2 jusqu'à une extrémité avant 8 de la gaine isolante 7.

De préférence, initialement, la gaine isolante 7 recouvre les fils métalliques 3 sur toute leur longueur.

Lors de l'étape d'obtention d'une deuxième portion de thermocouple 6 non recouverte par la gaine isolante 7, une portion de gaine isolante 7 recouvrant initialement les fils métalliques 3 du thermocouple 2 est retirée sur une longueur correspondant à la deuxième portion de thermocouple 6. Autrement dit, la gaine isolante 7 est dénudée sur cette longueur permettant d'obtenir un thermocouple 2 dénudé tel qu'illustré sur la figure 1 .

Le procédé de fabrication comprend également une étape de réduction de l'écartement entre les deux fils métalliques 3 de façon à former dans la deuxième portion de thermocouple 6, une partie d'extrémité rétrécie 9 dans laquelle les deux fils métalliques 3 sont séparés d'une distance d qui est inférieure à la distance D séparant les fils métalliques 3 de la première portion de thermocouple 5.

Cette opération de réduction de l'écartement entre les deux fils métalliques 3 est réalisée par un outillage de pliage.

Le procédé de fabrication comprend également une étape de soudure des deux premières extrémités 4 des fils métalliques 3 formant une soudure chaude pour mesurer une température T1 dans le véhicule automobile. De préférence, la soudure est une soudure laser. Cette étape permet d'obtenir un thermocouple 2 ayant une première extrémité 4 de fils métalliques rétrécie telle qu'illustrée sur la figure 2.

Le procédé de fabrication comprend également une étape de fermeture de la deuxième portion de thermocouple 6 par un capuchon 10 pour protéger la soudure chaude. Le thermocouple 2 obtenu est représenté sur la figure 3. Le procédé de fermeture de la deuxième portion de thermocouple 6 par un capuchon 10 comprend une étape de soudure du capuchon 10 sur l'enveloppe métallique 17 de la gaine isolante 7.

Plus précisément, c'est la première partie 14 de la deuxième portion 13 du capuchon 10 qui est soudée sur l'enveloppe métallique 17 de la gaine isolante 7.

Cette soudure est de préférence une soudure laser.

Le capuchon 10 est de préférence obtenu par emboutissage.