FR3024500A1 - Dispositif de chauffage avec capteur infrarouge de temperature a microsysteme et dispositif de motorisation equipe d'un tel dispositif de chauffage - Google Patents

Dispositif de chauffage avec capteur infrarouge de temperature a microsysteme et dispositif de motorisation equipe d'un tel dispositif de chauffage Download PDF

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Abstract

Dispositif de chauffage (1) d'un dispositif de motorisation (3) d'un véhicule (4), comprenant au moins un élément chauffant (11) équipant au moins un conduit (10) à l'intérieur duquel circule un fluide (5) et au moins un capteur de température (21,22). Le capteur de température (21,22) comprend un capteur électronique infrarouge (31, 32) qui a une taille au plus millimétrique . Dispositif de motorisation comportant un tel dispositif de chauffage .

Description

Dispositif de chauffage avec capteur infrarouge de température à microsys- tème et dispositif de motorisation équipé d'un tel dispositif de chauffage DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine de la mesure de tem- pérature et plus précisément la mesure de température dans les dispositifs de véhicule automobile. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Le chauffage d'un moteur à combustion interne permet de fiabili- ser le démarrage de celui-ci et de réduire de manière significative les émis- sions de polluants au démarrage. On utilise généralement un dispositif de chauffage de moteur mettant en oeuvre un élément chauffant équipant un conduit à l'intérieur duquel circule un fluide à réchauffer. Classiquement, ce fluide correspond au liquide de refroidissement circulant dans le bloc moteur.
L'élément chauffant est généralement métallique ou en matière synthétique et comprend au moins une piste chauffante thermoélectrique qui est noyée dans la matière du conduit ou rapportée par collage ou sérigraphie et qui est reliée à une unité de commande électrique de manière à obtenir un chauffage par effet joule.
L'unité de commande comprend un circuit de régulation et est re- liée à des capteurs de la température du fluide, permettant de contrôler l'alimentation de l'élément chauffant à la température du fluide jusqu'au moment où le fluide a atteint la température requise. Généralement, les capteurs de température comprennent une thermistance, de type à Coefficient de Température Négatif (CTN) ou de type à Coefficient de Température Positif (CTP), placée dans le conduit de circulation du fluide et reliée à l'unité d'alimentation pilotant l'élément chauffant. La mise en oeuvre d'un tel capteur placé dans le conduit impose de percer le conduit pour y introduire la thermistance puis de réaliser une jonction étanche et résistante à la chaleur entre le conduit et les organes de raccor- dement du capteur à l'unité de commande de l'élément chauffant. Ces organes de raccordement comprennent généralement des pistes électriques amenant à des zones de contact rapportées sur le conduit et auxquelles sont fixées des connecteurs.
Il en résulte de multiples jonctions électriques et mécaniques qui sont autant de sources de défaillance possible (fuite, mauvais contacts élec- triques, etc.) particulièrement dans un environnement soumis aux vibrations et à la chaleur. Ces jonctions sont également coûteuses à produire et le raccordement du capteur lors du montage du véhicule impacte les temps de production du véhicule.
La température du conduit étant sensiblement égale à celle du fluide y circulant, il existe également des capteurs de température rapportés sur le conduit qui permettent de s'affranchir de la nécessité de percer le conduit et de procéder à des jonctions étanches. Cependant, la mise en oeuvre d'un tel capteur placé sur le conduit impose de réaliser une jonction résis- tante à la chaleur entre le conduit, le capteur de température et les organes de raccordement du capteur à l'unité de commande de l'élément chauffant. La thermistance, même de faibles dimensions, aboutit, une fois associée avec ses éléments de fixation et/ou de connexion à un dispositif encombrant.
Dans le cas de la défaillance du capteur de température ou de l'élément chauffant, il est nécessaire de procéder au remplacement intégral de l'ensemble formé par le conduit, le capteur de température et l'élément chauffant. Enfin, la présence de la piste chauffante limite les possibilités d'implantation du capteur de température sur l'élément chauffant.
En effet, une rupture d'une piste chauffante lors du perçage ou de la pose du capteur sur le conduit est difficilement réparable et impose le rebut du conduit complet. Ainsi, les points de mesure de température sont dépendants de l'implantation de la piste chauffante sur le conduit, ce qui ne permet pas de placer ces points de mesure de manière à obtenir une préci- sion de mesure optimale et représente un obstacle à une standardisation des composants. OBJET DE L'INVENTION Un objet de l'invention est d'améliorer la précision de mesure de la température d'un circuit de chauffage.
RESUME DE L'INVENTION A cet effet, on prévoit un dispositif de chauffage d'un dispositif de motorisation d'un véhicule, comprenant au moins un élément chauffant équipant au moins un conduit à l'intérieur duquel circule un fluide, et au moins un capteur de température. Selon l'invention, le capteur de température com- prend un capteur électronique infrarouge qui a une taille au plus millimé- trique. L'utilisation d'un capteur infrarouge permet de réaliser une mesure de température sans contact et donc indépendante de l'implantation de l'élément chauffant. Ceci permet de pouvoir positionner le point de mesure de température à l'endroit le plus représentatif du conduit et donc d'obtenir une mesure plus précise de la température à l'intérieur de celui-ci. La taille réduite du capteur infrarouge permet de limiter l'encombrement général du circuit de chauffage dans la zone du capteur. Cette amélioration de la compacité réduit également les contraintes liées à l'implantation du capteur et améliore donc sa capacité à réaliser une mesure de température précise d'un point déterminé. Enfin, la mesure sans contact permet un montage plus rapide et autorise le remplacement de la seule pièce défectueuse en cas de panne du capteur ou de l'élément chauffant. La suppression du capteur de température habituellement implanté sur le conduit ainsi que les pistes, les zones de contact et le connecteur associés permet de libérer de la surface supplémentaire sur le conduit autorisant l'implantation d'une plus grande portion d'élément chauffant sur le conduit. Enfin, l'utilisation d'un capteur permettant une mesure sans contact supprime les opérations de perçage du conduit et de réalisation d'une connexion étanche. Ceci accroît la robustesse du dispositif et sa fiabilité. Selon un mode de réalisation avantageux, le capteur électronique infrarouge a une taille au plus micrométrique, ce qui permet de réduire encore l'encombrement du dispositif. Avantageusement encore, le capteur électronique infrarouge est solidaire d'une carte électronique. Cette carte électronique peut être sensiblement parallèle au conduit. Selon un mode de réalisation particulier, la carte électronique comporte des pistes conductrices reliées à des contacts du capteur électronique infrarouge.
Ceci facilite le montage du capteur et fiabilise sa connexion élec- trique. Selon un mode de réalisation particulier, la carte électronique comprend au moins deux capteurs de température, les capteurs étant écartés l'un de l'autre selon une direction de circulation du fluide dans le conduit.
Un traitement adapté des informations fournies par les capteurs de température permet alors de détecter un dysfonctionnement dans le conduit ou des situations de défaut comme par exemple une absence de fluide dans le circuit de chauffage.
Selon un mode de réalisation préféré, le conduit comprend une piste conductrice sérigraphiée. La piste sérigraphiée peut avoir une faible épaisseur qui permet d'améliorer encore la compacité du dispositif de chauffage. L'invention concerne également un moteur comprenant un des dispositifs de chauffage des types précités. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de chauffage selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe selon un plan horizontal 1-1 du dispositif de la figure 1 ; - la figure 3 est une représentation schématique partielle en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de chauffage selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures 1 et 2, le dispositif de chauffage, globa- lement désigné 1, est monté sur un circuit de refroidissement 2 d'un bloc moteur 3 à combustion interne d'un véhicule 4. Un fluide 5 circule dans le circuit de refroidissement 2 selon une direction de circulation représentée par la flèche 6 grâce à un circulateur de fluide 7, comme par exemple un ventilateur ou une pompe. Le fluide 5 pouvant être de l'air, de l'eau, un gaz ou un liquide réfrigérant. Le dispositif de chauffage 1 comprend, ici, un conduit 10 tubulaire monté en série dans le circuit de refroidissement 2 et qui s'étend parallèle- ment à une carte électronique 20. Une piste chauffante 11 est rapportée par exemple par sérigraphie sur le conduit 10. La carte électronique 20 est solidaire du bloc moteur 3 et com- prend deux capteurs de température 21 et 22 s'étendant sur un axe parallèle à celui du conduit tubulaire 10 et écartés l'un de l'autre selon la direction de circulation du fluide 6. Les capteurs de température 21 et 22 comprennent respective- ment un capteur électronique infrarouge 31 et 32 ayant une taille au plus mil- limétrique ou micrométrique, également appelé microsystème ou nanosys- tème infrarouge. Au sens de la présente demande, un microsystème est une structure miniature dont au moins une des dimensions est de taille micrométrique, cette structure étant intégré dans un seul composant électronique. Un nanosystème est une structure miniature dont au moins une des dimensions est de taille nanométrique. Comme illustré sur la figure 2, les capteurs électroniques infrarouge 31 et 32 sont électriquement reliés à des pistes conductrices 23 de la carte électronique 20 par des points de contact 24, 25 pour le capteur 31 et par des points de contact 26, 27 pour le capteur 32.
Les capteurs électroniques infrarouges 31 et 32 peuvent notam- ment être choisis parmi les références suivantes (cette liste n'est pas limitative) : - MLX90614, MLX90614ESF-DCH, MLX90614ESF-DC I, MLX90247, MLX90614, MLX90615, MLX90620, MLX90616 du fabricant MELEXIS ; ou - D6T du fabricant OMRON. La carte électronique 20 comprend également des moyens d'encodage 28 des signaux des capteurs de température 21 et 22 ainsi que des moyens 29 de communication des signaux encodés à une unité de commande 30. Le circulateur de fluide 7 ainsi que la piste chauffante 11 sont également reliés à l'unité de commande distante 30. L'unité de commande 30 peut être incluse dans la carte électro- nique 20. Lorsque l'unité de commande 30 reçoit une instruction de déclen- chement de préchauffage par exemple lors d'une mise sous tension du véhi- cule 4, l'unité de commande 30 commande simultanément la mise en fonctionnement du circulateur de fluide 7 (ventilateur ou pompe) et l'alimentation de la piste chauffante 11. Le fluide 5 circule dans la direction 6 et s'échauffe lors de son passage dans le conduit 10 sous l'effet de la chaleur produite par la piste chauffante 11. La température du conduit 10 est sensiblement égale à celle du fluide 5 et la mesure, par les capteurs de température 21 et 22, du rayonnement infrarouge émis par le conduit 10 permet de déterminer la température du fluide 5 aux points du conduit tubulaire 10 qui font face aux capteurs électroniques infrarouges 31 et 32.
La présence de deux capteurs de température 21 et 22 qui mesu- rent les températures de deux points distants du conduit tubulaire 10 permet, à l'aide d'un traitement des informations adapté, de détecter des défaillances comme par exemple une absence ou un défaut dans la circulation du fluide 5 dans le circuit 2 (importante différence entre les températures enregistrées par les capteurs) ou un défaut dans le fonctionnement de la piste chauffante 11 (aucune différence entre les températures enregistrées par les capteurs). La présence de deux capteurs de température 21 et 22 qui mesurent les températures du conduit tubulaire 10 permet à l'unité de commande, à l'aide d'un traitement des informations adapté, de réguler la température en fonction de l'instruction reçue. La mise en oeuvre du dispositif selon l'invention permet également de réduire l'encombrement de celui-ci par la réduction du nombre de fils et d'éléments de connectique. La fabrication des conduits résistifs est facilitée et rendue plus économique car il n'est plus utile de positionner des capteurs de température sur ou dans les conduits, ni de prévoir des pistes ou des connecteurs associés. Enfin, la fiabilité du dispositif est renforcée par l'amélioration de la robustesse mécanique. En effet, la fixation du capteur sur ou dans le conduit est fortement sollicitée et peut présenter des défauts de robustesse.
Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment dé- crits porteront une même référence numérique identique dans la description qui suit du deuxième mode de réalisation représenté en figure 3. Ce mode de réalisation est identique au précédent sauf en ce que le circuit de circulation est doublé (les éléments du premier circuit portent les mêmes références que celles précédemment décrites, les éléments du deu- xième circuit portent la même référence associée à l'indice 2). Ainsi, le dispositif de chauffage 51 comprend un deuxième conduit 10.2 parallèle au conduit 10 et qui est relié à un deuxième circuit de circulation d'un fluide 5.2. Ce conduit 10.2 comprend une piste chauffante 11.2 et s'étend parallèlement à la carte électronique 20. La carte électronique 20 comprend deux capteurs de température supplémentaires 21.2 et 22.2, s'étendant sur un axe parallèle à celui du conduit tubulaire 10.2 et écartés l'un de l'autre selon la direction 6.2 de circulation du fluide 5.2. Les capteurs de température 21.2 et 22.2 comprennent respectivement un capteur électronique infrarouge 31.2 et 32.2 ayant une taille au plus millimétrique ou micrométrique, également appelé microsystème ou nanosystème infrarouge. On obtient ainsi un dispositif de chauffage comprenant deux conduits 10 et 10.2 de circulation d'un fluide 5 et 5.2. Ces conduits peuvent permettre d'accélérer le réchauffement d'un unique organe ou de rendre le dispositif de chauffage plus compact ou d'appliquer deux températures de consigne distinctes aux pistes chauffantes 11 et 11.2. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- tion décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.
En particulier : - bien qu'ici le conduit soit équipé d'une piste chauffante sérigraphiée, l'invention s'applique également à d'autres types d'éléments chauffants comme par exemple une thermo-résistance noyée dans le matériau du conduit. Le dispositif peut également comprendre plusieurs éléments chauf- fants ; - bien qu'ici, le dispositif équipe un moteur à combustion interne, l'invention s'applique également à d'autres types de dispositifs de motorisation d'un véhicule tel qu'une turbine à gaz, une turbine à eau ou un moteur électrique ; - bien qu'ici le capteur électronique infrarouge soit un microsys- tème, l'invention s'applique également à d'autres capteurs électroniques infrarouge ayant une taille au plus millimétrique ou micrométrique comme par exemple des nanosystèmes ou encore des MEMS, Microsystèmes électromécaniques, avec capteur infrarouge comme par exemple un capteur infra- rouge à thermopile micromécanique a technologie CMOS (de l'anglais Com- plementary metal oxide sem i-conductor) comme décrit dans le document WO 2012/068798 Al ; - bien que l'unité de commande soit décrite comme un élément séparé de la carte électronique, l'invention s'applique également à une carte électronique incluant tout ou partie des fonctions de l'unité de commande ; - bien qu'ici la carte électronique comprenne des capteurs mesurant la température d'un seul conduit, l'invention s'applique également à une carte électronique comprenant des capteurs de température pour la mesure de la température de plusieurs conduits ; - bien qu'ici la carte électronique comprenne deux capteurs de température, l'invention s'applique également à une carte électronique comprenant un unique capteur de température ou plus de deux ; - bien qu'ici la carte électronique soit solidaire du bloc moteur, l'invention s'applique également à d'autres types de support pour la carte comme par exemple un support lié au conduit ou solidaire de la caisse du véhicule ; - bien qu'ici la carte électronique comporte des pistes conductrices reliées à des contacts du capteur électronique infrarouge, l'invention s'applique également à d'autres moyens de relier des contacts du capteur électronique infrarouge à la carte électronique comme par exemple des fils souples ou une nappe électronique.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de chauffage (1) d'un dispositif de motorisation (3) d'un véhicule (4), comprenant au moins un élément chauffant (11) équipant au moins un conduit (10) à l'intérieur duquel circule un fluide (5) et au moins un capteur de température (21, 22), caractérisé en ce que le capteur de température (21, 22) comprend un capteur électronique infrarouge (31, 32) qui a une taille au plus millimétrique.
  2. 2. Dispositif de chauffage (1) selon la revendication 1, dans lequel le capteur électronique infrarouge (31, 32) a une taille au plus micrométrique.
  3. 3. Dispositif de chauffage (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le capteur électronique infrarouge (31, 32) est solidaire d'une carte électronique.
  4. 4. Dispositif de chauffage (1) selon la revendication 3, dans lequel la carte électronique est sensiblement parallèle au conduit.
  5. 5. Dispositif de chauffage (1) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la carte électronique comporte des pistes conductrices reliées à des contacts du capteur électronique infrarouge.
  6. 6. Dispositif de chauffage (1) selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel la carte électronique (20) comprend au moins deux capteurs de température (21, 22), les capteurs (21, 22) étant écartés l'un de l'autre selon une direction de circulation (6) du fluide (5) dans le conduit (10).
  7. 7. Dispositif de chauffage (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le conduit (10) comprend une piste conduc- trice (11) sérigraphiée.
  8. 8. Dispositif de chauffage (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant deux conduits (10, 10.2) à l'intérieur desquels circule un fluide (5, 5.2).
  9. 9. Dispositif de motorisation (3) d'un véhicule (4) comprenant un dispositif de chauffage (1) selon l'une quelconque des revendications précé- dentes.
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