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Molecule
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oxygen
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platinum
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aluminium oxide
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gold
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titanium dioxide
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DES
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zirconium dioxide
(1)
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monter
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aluminium 9-oxide
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silicate
(1)
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Gene Or Protein
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Etre
(14)
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EST A
(7)
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Physical
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de 0,8 mm
(1)
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de 100 microns
(1)
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10 microns
(1)
[23][_]
100 microns
(1)
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1,5 mm
(1)
[25][_]
de 0,1 mm
(1)
[26][_]
de 1,5 mm
(1)
[27][_]
de 200 microns
(1)
[28][_]
Generic
(2/ 4)
[29][_]
metal
(3)
[30][_]
oxide
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2520943A1
Family ID 2613973
Probable Assignee Bosch Gmbh Robert
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
EN Title A spark plug is proposed which serves to ignite fuel
vapour/air mixtures in internal combustion engines and, in...
FR Title BOUGIE D'ALLUMAGE AVEC DETECTEUR D'oxygen
Abstract
_________________________________________________________________
A spark plug is proposed which serves to ignite fuel vapour/air
mixtures in internal combustion engines and, in addition, has an
oxygen sensor which projects into the combustion chamber. The oxygen
sensor is arranged in layer form on the surface of the base of the
insulator of the spark plug and connected via conductor tracks to the
connection-side region of the spark plug; said conductor tracks are
also situated on the surface of the spark plug insulator. The oxygen
sensors used are preferably those having solid electrolytes which
conduct oxygen ions, but those of the so-called resistance type (for
example, made of titanium dioxide) can also be used. Spark plugs
having oxygen sensors of this type can be used for measurement
purposes, but they can also be used to modify combustion processes in
internal combustion engines.
BOUGIE D'ALLUMAGE CARACTERISEE EN CE QUE LE DETECTEUR D'oxygen 25, EN
FORME DE COUCHES, EST DISPOSE SUR LA SURFACE DU PIED 15 D'ISOLATEUR
QUI EST A L'OPPOSE DE LA PERFORATION LONGITUDINALE DE L'ISOLATEUR, ET
EST RELIE AVEC LA ZONE, COTE RACCORDEMENT, DE L'ISOLATEUR 15 PAR DES
CONDUCTEURS 26, 27 QUI PASSENT LE LONG DE LA SURFACE DE L'ISOLATEUR 15
QUI EST A L'OPPOSE DE LA PERFORATION LONGITUDINALE DE CET ISOLATEUR,
ET SONT COUVERTS D'UNE COUCHE ISOLANTE DE L'ELECTRICITE 30, QUI NE
LAISSE SANS COUVERTURE A PEU PRES QUE LES ELEMENTS 28, 29 DE
RACCORDEMENT ELECTRIQUE.
L'INVENTION CONCERNE LES BOUGIES D'ALLUMAGE AVEC DETECTEUR D'oxygen.
Description
_________________________________________________________________
"Bougie d'allumage avec detecteur d'
oxygen
L'invention concerne une bougie d'allumage pour moteurs a combustion
interne, comportant un isolateur de l'electricite en matiere
ceramique, s'avan cant dans la chambre de combustion, qui est encercle
solidement et hermetiquement, par un boitier metallique pourvu, sur sa
face exterieure, d'elements de fixation et, du cote allumage, d'une
electrode de masse et qui contient, dans sa perforation longitudinale
qui s'detend axialement, du cote raccordement, une tige de
raccordement, et du cote allumage, une electrode centrale reliee
electriquement avec la tige de raccordement, et dont le pied
d'isolateur expose a la chambre de combustion possede un detecteur
d'oxygen.
Le document DE-OS 30 28 359 decrit une bougie d'allumage dans laquelle
est place, dans le pied formant isolateur, un detecteur d'oxygen; le
detecteur d'oxygen est ici place sur la face exterieure du pied
isolateur, dans un logement a' fond plein, de telle facon que les
differents elements (electrodes, electrolyte so- lide, etc.) sont
superposes dans ce logement a fond plein.
Les conducteurs electriques allant aux electrodes du detecteur
d'oxygen passent dans de longs canaux etablis pendant une operation de
pressage de caoutchouc et sont introduits sous la forme d'une
suspension de platinum.
La fabrication de ce modele de detecteurs d'oxygen dans le pied
isolateur d'une bougie d'allumage est tres couteuse et presente
d'importants risques de fabrication.
Dans le cas present, les detecteurs d'oxygen qui conviennent tout
particulierement sont ceux qui comportent une couche d'electrolyte
solide conducteur des ions oxygen et qui fonctionnent suivant un
principe potentionmetrique, mais cependant, les detecteurs d'oxygen
dont la resistance electrique varie en raison de la composition du gaz
conviennent aussi a cet effet. Des exemples de detecteurs d'oxygen de
ce genre sont decrits par les documents suivants: DE-OS 28 55 012, 29
09 201, 26 17 031, 28 26 515, DE-AS 26 51 160, brevets DE 19 54 663,
US 3 719 564, US 4 007 435; on connait aussi des detecteurs d'oxygen
comportant un electrolyte solide, conducteur d'ions oxygen qui sont
montes electriquement en serie (brevet US 3 216 911).
L'invention propose une bougie d'allumage caracterisee en ce que le
detecteur d'oxygen, en forme de couches, est dispose sur la surface du
pied d'isolateur qui est a l'oppose de la perforation longitudinale de
l'isolateur, et est relie avec la zone, cote raccordement, de
l'isolateur par des conducteurs qui passent le long de la surface de
l'isolateur qui est a l'oppose de la perforation longitudinale de cet
isolateur, et sont couverts d'une couche isolante de l'electricite,
qui ne laisse sans couverture a peu-pres que les elements de
raccordement electrique. Cette bougie offre l'avantage de pouvoir etre
fabriquee industriellement d'une facon simple, d'etre de fabrication
sure et de prix de revient avantageux.
D'autres perfectionnements et ameliorations de la bougie d'allumage
selon l'invention sont decrits dans la suite; il est, par exemple,
particulierement avantageux d'utiliser un detecteur comportant un
electrolyte solide permeable aux gaz, conducteur des ions oxygen, et
que cet electrolyte en forme de couche recouvre, en les protegeant,
les electrodes appliquees sur le pied isolateur de la bougie
d'allumage, disposees cote a cote avec un ecartement.
Un exemple de realisation de l'invention est represente par le dessin
joint et est explique en detail dans la description qui suit.
- la figure 1 est une vue, en elevation partielle et en coupe
partielle, d'une bougie d'allumage-agrandie avec un detecteur
d'oxygen,
- la figure 2 est une section d'un plan, plus fortement agrandie, d'un
detecteur a oxygen suivant la figure 1 represente en deroulement,
- la figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III du detecteur
d'oxygen de la figure 2.
La bougie d'allumage 10 representee comprend un bottier metallique il
qui presente, sur sa face exterieure, comme organe de fixation 12, un
filetage de vis qui sert, en commun avec un ecrou a six pans 13, a la
pose sur une tete de cylindre d'un moteur a combustion interne (non
representee). Ce bottier metallique 11 embrasse, par sa perforation
interieure 14, une grande partie d'un isolateur essentiellement
tubulaire 15. La surface frontale 16, cote allumage de ce bottier
metallique 11, porte une electrode de masse 17 en forme de crochet. Un
joint annulaire pour le montage de la bougie 10 sur la tete de
cylindre du moteur a combustion interne n'est pas represente.
L'isolant 15 de l'electricite qui, d'une facon connue, peut etre
constitue par de l'aluminium oxide presente, sur sa face exterieure,
des epaulements 18 et 19 sur lesquels reposent des joints annulaires
20a et 20b. L'isolateur est serti dans le bottier metallique 11 avec
interposition de ces joints annulaires 20a et 20b; l'etancheite entre
l'isolateur 15 et le bottier en metal 11 est assure par le procede
connu de retreinte a chaud que l'on peut constater dans la zone bombee
de retreinte 21.
Dans la perforation longitudinale (non representee) de l'isolateur 15,
se trouve un goujon de raccordement (non figure) et une electrode
centrale 22, qui fait saillie de l'extremite cote allumage de
l'isolateur 15: l'electrode et la-tige de raccordement sont reliees
ensemble d'une facon conductrice, au moyen d'une masse d'etancheite,
connue en soi, conductrice de l'elec- tricite (non representee) placee
a l'interieur de la perforation longitudinale de l'isolant.
L'electrode centrale 22 se trouve vis-a-vis de l'electrode de masse 17
avec un ecartement (de 0,8 mm par exemple), par son extremite cote
allumage. La partie du goujon de raccordement, qui n'est pas
represente, qui depasse de l'isolateur 15 du cote raccordement est
pourvue d'un ecrou de raccordement 23.La partie de l'isolateur 15
depassant, du cote raccordement du bottier metallique 11, possede,
comme barriere pour les courants de fuite, entre le bottier metallique
11 et l'ecrou de raccordement 23, plusieurs gorges annulaires
coaxiales 24.
I1 est pose, sur la zone de l'isolateur 15 exposee a la chambre de
combustion du moteur a combustion interne, designee par le pied 15' de
l'isolateur, un detecteur d'oxygen, constitue d'elements en forme de
couches, et qui se trouve, de preference, dans la zone du pied 15' de
l'isolateur qui est voisine de la zone hermetique du cote allumage,
entre l'isolateur 15 de l'electricite et le boitier metallique 11. Le
detecteur d'oxygen 25, annulaire, est pose sur la surface du pied 15"
de l'isolateur qui est a l'oppose de la perforation longitudinale (non
representee) de l'isolateur 15; on notera, qu'au lieu d'une
configuration annulaire, les detecteurs d'oxygen qui n'embrasseraient
qu'une partie de la circonference du pied 15' de l'isolateur,
pourraient etre aussi utilises ici. La liaison electrique du detecteur
d'oxygen 25 avec la partie de l'isolateur 15 qui depasse du boitier
metallique 11 du cote raccordement est realisee au moyen des
conducteurs 26 et 27, dont les extremites du cote raccordement sont
realisees sous forme de couches metalliques, formant des cosses 28 et
29. Pour l'isolation electrique entre ces conducteurs 26, 27 et le
bottier metallique 11, une couche 30 isolante de l'electricite est
appliquee sur ces conducteurs 26 et 27.Pour assurer ltenfichage en
position correcte d'une fiche de raccordement (non representee) qui
sert a la liaison electrique aussi bien avec l'ecrou de raccordement
23 qu'avec les organes de raccordement electrique 28 et 29 du
detecteur d'oxygen 25, il est faconne, sur la face exterieure du
bottier metallique 11, une gorge de fixation 31 dans laquelle peut
entre introduit un ergot approprie (non represente) de la fiche de
raccordement (qui n'est pas non plus representee).
Le detecteur d'oxygen 25 recommande, particulierement visible aux
figures 2 et 3, fonctionne suivant le principe connu de la chaine de
concentration en oxygen avec des electrolytes solides 32 conduisant
les ions oxygen. Un tel electrolyte solide 32, qui est constitue, par
exemple, de zirconium dioxide stabilise, peut etre applique sous la
forme d'une couche d'une epaisseur de 100 microns, par un procede
connu, par exemple, par impression, sur l'isolateur 15' et recouvre
les electrodes 33 et 34 disposees cote a cote avec un certain
ecartement. Ces electrodes 33 et 34 sont aussi posees sur le pied de
l'isolateur 15' par un procede connu, par impression par exemple.Ces
electrodes 33 et 34 sont pourvues, dans une forme recommandee de
realisation, de dents 33', 34 analogues a des dents de peigne, qui
engrenent les unes dans les autres. Comme les deux electrodes 33 et 34
sont en communication avec le gaz a mesurer par la couche 32
d'electrolyte solide permeable aux gaz, l'une des electrodes 33 ou 34
est fabriquee avec une matiere catalytique qui n'est pas, ou n'est que
peu active, l'autre electrode 34 ou 33 etant fabriquee avec une
matiere catalytique plus active; comme matiere catalytique active, il
peut etre utilise, par exemple, du platinum metal et gold convient
comme matiere n'ayant pratiquement pas d'activite catalytique.Aussi
bien le platinum metal que gold des electrodes 33 et 34 peut contenir
une ructure support ceramique (non representee) qui peut e9re faite
par exemple d'aluminium oxide. La largeur des electrodes 33 et 34
epaisses d'environ 10 microns est de preference de l'ordre de 100 a
soe microns et l'epacequi separe les electrodes 35 se situe la plupart
du temps entre 100 microns et 1,5 mm. Les conducteurs 26 et 27
raccordes aux electrodes 33 et 34 sont constitues, de preference, pour
des raisons de technique de fabrication, des memes matieres que les
electrodes elles-memes 33 et 34, mais peuvent toutefois aussi etre
fabriquees avec d'autres matieres resistant aux contraintes de
fonctionnement.
Les couches metalliques servant d'organes de liaison electrique 28 et
29 sur les extremites, cote raccordement, des conducteurs 26 et 27
sont faites, de preference, de platinum, ont une epaisseur de 0,1 mm
et une largeur de 1,5 mm, et ne sont pas recouvertes par la couche
isolante de l'electricite 30: la couche isolante 30, qui est un peu
recouverte pas la couche d'electrolyte solide 32, est oxide
dgaluminium et a une epaisseur de 200 microns au maximum. Lrepaisseur
recommandee pour cette couche isolante 30 de lvelectricite est de 30 a
ioe microns: elle est realisee sous la forme d'une bande recouvrant en
commun les deux conducteurs 26 et 27 et peut aussi etre fabriquee par
un procede connu tel que l'impression; au lieu de realiser cette
couche isolante 30 sous la forme d'une bande, il est aussi possible de
recouvrir d'une couche appropriee toute l'etendue de cette zone par un
procede connu (par exemple par laminage, pulverisation). Une telle
couche isolante 30, embrassant la circonference de l'isolateur est
particulierement indique lorsque plusieurs detecteurs 25 comportant
des conducteurs 26, 27 sont montes sur la bougie d'allumage 10.
Bien que la bougie d'allumage 10 avec le detecteur d'oxygen 5 decrite
represente le mode de realisation recommande, il est cependant
possible de s'en ecarter: il n'est pas necessaire que les electrodes
33 et 34 soient pourvues de dents de peigne 33' et 34', elles peuvent,
au contraire, recevoir une autre configuration et, dans le cas le plus
simple, se presenter comme deux surfaces, adjacentes avec un certain
ecart. L'electrolyte solide 32, en couche, peut aussi etre applique
directement sur le pied 15' de l'isolateur et les deux electrodes 33
et 34 peuvent etre posees sur cette couche d'electrolyte solide 32;
dans cette disposition, il est toutefois avantageux que les electrodes
soient couvertes ensuite, d'une facon connue, d'une couche isolante de
l'electricite, mince, poreuse.Il est de plus aussi possible de monter
en serie, sur le pied 15' de l'isolateur, plusieurs detecteurs
d'oxygen 25 fonctionnant suivant le principe de mesure
potentiometrique et ce, pour obtenir un signal de mesure plus puissant
(voir brevet US 3 216 911). On peut aussi faire varier le parcours des
conducteurs 26 et 27 sur la surface de l'isolateur 15, suivant les
objectifs de l'utilisation envisages; a la place du mode de
realisation represente en figure 1, avec deux conducteurs 26 et 27
allant jusqu'a la zone de raccordement de l'isolateur 15, il existe
aussi une possibilite de realisation suivant laquelle un seul
conducteur seulement penetre jusque dans cette zone, l'autre
conducteur etant en liaison electrique avec le bottier metallique (par
exemple sous forme d'une jonction par serrage sur la bague
d'etancheite 20b).
A la place de la couche isolante de 19electricite 30 en aluminium
9-oxide une glacure (verre au boro-silicate de plomsilicate) peut etre
aussi utilisee. Les organes de raccordement electrique 28 et 29
realises sous la forme d'une couche metallique, peuvent egalement etre
adaptes au but poursuivi et etre realises, par exemple aussi, sous la
forme de contacts plats soudes.Il n'est pas non plus indispensable que
le detecteur d'oxygen 25 fonctionne sur le principe de mesure
potentiometrique 9 et il peut aussi fonctionner suivant le principe de
mesure polarographique, dans lequel il s'applique, sur les electrodes,
une tension continue et ou on applique sur les electrodes de mesure,
d'une facon connue, une barriere de diffusion pour les molecules
d'oxygen 9 dans les exemples de detecteurs d'oxygen decrits ci-dessus,
on peut prevoir comme barriere de diffusion soit la couche
d'electrolyte solide 32, permeable au gaz, soit aussi, quand les
electrodes sont placees sur la couche d'electrolyte solide, la couche
isolante de l'electricite, poreuse, mentionnee.Une realisation bien
appropriee est toutefois aussi un detecteur d'oxygen 25, qui
fonctionne suivant le principe de la mesure par resistance et possede
un element qui repond a la teneur en oxygen du gaz soumis aux mesures.
Les couches du detecteur d'oxygen 25,. les conducteurs 26 et 27 et
aussi la couche isolante de l'electricite 30 sont fixees sur
19isolateur 15 de la bougie d'allumage par frittage.
Le detecteur d'oxygen 25 pose sur la bougie allumage 10 peutp en
raison de la forme avantageuse de sa construction, etre fabrique
economiquement avec des installations de fabrication convenant pour la
production de masse9 et peut servir aussi bien a des fins de mesures
que pour commander aussi des operations dans la chambre de combustion
de moteurs a combustion interne.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATICNS
1) Bougie d'allumage pour moteurs a combustion interne, comportant un
isolateur de l'electricite en matiere ceramique, stavancant dans la
chambre de combustion, qui est encercle solidement et hermetiquement,
par un boltier metallique pourvu, sur sa face exterieure, d'elements
de fixation et, du cote allumage, d'une electrode de masse et qui
contint, dans sa perforation longitudinale qui s'etend axialement, du
cote raccordement, une tige de raccordement et du cote allumage, une
electrode centrale reliee electriquement avec la tige de raccordement,
et dont le pied d'isolateur expose a la chambre de combustion possede
un detecteur d'oxygen, bougie d'allumage caracterisee en ce que le
detecteur d'oxygen (25), en forme de couches, est dispose sur la
surface du pied (15) d'isolateur qui est a l'oppose de la perforation
longitudinale de l'isolateur, et est relie avec la zone, cote
raccordement, de 19isolateur (15) par des conducteurs (26, 27) qui
passent le long de la surface de l'isolateur (15) qui est a l'oppose
de la perforation longitudinale de cet isolateur, et sont couverts
d'une couche isolante de l'electricite (30), qui ne laisse sans
couverture a peu pres que les elements (28, 29) de raccordement
electrique.
2) Bougie d'allumage suivant la revendication 1, caracterisee en ce
que le detecteur d'oxygen (25) comporte un electrolyte solide (32),
conducteur des ions oxygen, en forme de couche.
3) Bougie d'allumage suivant lune des revendications 1 et 2,
caracterisee en ce que les electrodes (33, 34) du detecteur oxygen
(25) sont placees a une certaine distance l'une de l'autre, sur la
surface de l'isolateur (15)q. et que la couche d0elec- trolyte solide
(32) posee sur les electrodes (33, 34) recouvre ces deux electrodes
(33, 34) et est permeable au gaz.
4) Bougie d'allumage suivant l'une quelconque des revendications 1 a
3, caracterisee en ce que le detecteur d'oxygen (25) est place dans la
zone du pied (15w) de l'isolateur qui est voisine de la bague
d'etancheite (20b) cote allumage, entre llisola- teur (15) et le
boitier metallique (ll)D
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