FR3037395A1 - Capteur de pression et temperature - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet un capteur (1) destiné à un répartiteur d'air d'admission (2) d'un véhicule automobile, ledit capteur (1) comprenant : - un substrat, - une sonde de température (4) connectée électriquement au substrat, ladite sonde de température (4) comprenant un élément sensible à la température (5) destiné à mesurer la température d'un gaz circulant à l'intérieur du répartiteur d'air d'admission (2). Selon l'invention, la sonde de température (4) est un thermocouple.

Description

1 CAPTEUR DE PRESSION ET TEMPERATURE La présente invention concerne un capteur, et par exemple un capteur destiné à être monté sur un répartiteur d'air d'admission d'un véhicule automobile.

Ce type de capteur comprend une sonde de température pour mesurer la température d'un mélange gazeux circulant par exemple dans le répartiteur d'admission d'un moteur thermique d'un véhicule. Le mélange gazeux est constitué essentiellement d'air mais peut comporter également des gaz d'échappement qui recirculent dans l'admission, des vapeurs d'huile provenant du recyclage des gaz des carters, et des vapeurs de carburant pouvant provenir du réservoir. Ce capteur comprend également une sonde de pression pour mesurer la pression du mélange gazeux. Cette sonde de pression est distante de la sonde de température. La mesure de la pression et de la température permet au système de contrôle pilotant le moteur thermique de déterminer entre autre la densité de l'air admis. Cette information permet d'optimiser le pilotage du moteur afin de réduire les émissions polluantes et d'augmenter les performances. Les sondes de température connues comprennent un substrat qui peut être un circuit imprimé ou une céramique et une sonde de température connectée électriquement au substrat. La sonde de température comprend un élément sensible à la température. Afin d'obtenir une température représentative de la température réelle de l'écoulement du fluide gazeux, l'élément sensible à la température est généralement disposé sensiblement au centre de la veine du fluide. Pour éviter que le substrat ne soit endommagé par la température du mélange gazeux, il est séparé de l'élément sensible et connecté électriquement à ce dernier par des pattes métalliques ayant une longueur classiquement comprise entre 10 et 50 mm. Selon l'art antérieur connu, la sonde de température est une thermistance CTN (à Coefficient de Température Négatif).

Cependant, les thermistances CTN présentent l'inconvénient d'avoir des temps de réponse importants, supérieurs à 10 secondes et une faible précision. Le signal analogique de la thermistance CTN est transmis à un dispositif électronique qui le convertit en signal numérique. Ce temps de traitement cumulé au temps de réponse long de la thermistance CTN entraîne un temps de réponse global 1 3037395 2 beaucoup trop long pour les systèmes de contrôle actuel optimisant le fonctionnement des moteurs thermiques. De plus, les thermistances CTN ne permettent pas de mesurer des très basses températures, inférieures en moyenne à -40°C, ce qui est gênant pour 5 contrôler la température du mélange gazeux au démarrage dans des pays froids. L'invention a donc pour objectif de pallier à ces inconvénients de l'art antérieur en proposant un capteur, et par exemple un capteur pour répartiteur d'air d'admission comprenant une sonde de température plus précise et ayant un temps de réponse plus court.

10 L'invention concerne un capteur, par exemple destiné à un répartiteur d'air d'admission d'un véhicule automobile, ledit capteur comprenant : - un substrat, - une sonde de température connectée électriquement au substrat, ladite sonde de température comprenant un élément sensible à la 15 température destiné à mesurer la température d'un gaz, et par exemple un gaz circulant à l'intérieur du répartiteur d'air d'admission. Selon l'invention, la sonde de température est un thermocouple. Le capteur peut en outre comprendre une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : 20 - la sonde de température comprend deux pattes constituées de deux matériaux différents, lesdites pattes étant soudées entres elles à l'une de leur extrémité de façon à former l'élément sensible à la température ; - l'une des pattes de la sonde de température est en cuivre et l'autre 25 patte est en constantan ; - les pattes présentent un diamètre inférieur à 0,5 mm et de préférence égal à 0,3 mm ; - les pattes et l'élément sensible à la température sont recouverts d'une résine en polyimide ; 30 - les pattes sont coplanaires ; - le capteur comprend un support en polymère supportant le substrat et la sonde de température, ladite sonde de température étant surmoulée dans le polymère du support ; 2 3037395 3 - le capteur comprend une sonde de pression destiné à mesurer la pression d'un gaz, distante de la sonde de température, ladite sonde de pression et ladite sonde de température délivrant chacune un signal de sortie numérique transmis à un même dispositif électronique.

5 L'invention fournit ainsi un capteur, par exemple, pour répartiteur d'air d'admission comprenant une sonde de température plus précise et ayant un temps de réponse plus court. Contrairement aux thermistances CTN de l'art antérieur, le thermocouple utilisé comme sonde de température permet d'obtenir une précision inférieure à 10 0,8°C, voire de 0,3°C. Le temps de réponse obtenu est inférieur à 7 secondes avec un protocole 10 - 90%, vitesse d'air à 10m/s, passage de 50 à 100°C, voire inférieur à 5 secondes avec un protocole 0 - 63%, vitesse d'air à 6m/s, passage de 50 à 100°C. De plus, le thermocouple permet d'obtenir des mesures sur une plage de 15 températures plus grande, comprise entre -200°C et 350°C. Le capteur pour répartiteur d'air d'admission peut comprendre une sonde de pression et une sonde de température délivrant un signal de sortie numérique transmis à un même dispositif électronique, le signal transmis par la sonde de température étant une tension.

20 Ceci permet de n'utiliser qu'un seul dispositif électronique, réduisant le nombre d'éléments et les coûts au niveau de la sonde de température car on utilise une seule soudure pour les thermocouples. L'invention concerne également l'utilisation du capteur selon l'invention dans un répartiteur d'admission d'un véhicule automobile.

25 Les caractéristiques de l'invention seront décrites plus en détail en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un capteur selon l'invention ; - la figure 2 est une représentation schématique d'une sonde de température 30 selon l'invention ; - la figure 3 est une représentation schématique de ce capteur monté sur un répartiteur d'air d'admission d'un véhicule.

3 3037395 4 La figure 1 représente un capteur 1. Ce capteur est par exemple destiné à être monté sur un répartiteur d'air d'admission 2 d'un véhicule automobile, illustré figure 3. Le capteur 1 comprend un substrat 3 qui est un circuit imprimé dans cet 5 exemple. En variante le substrat 3 peut être en céramique. Le capteur 1 comprend une sonde de température 4 connectée électriquement au substrat 3. La sonde de température 4 comprend un élément sensible à la température 5, figure 2, destiné à mesurer la température d'un gaz circulant à l'intérieur du répartiteur d'air d'admission 2, comme représenté sur la 10 figure 3. Selon l'invention, la sonde de température 4 est un thermocouple. Le thermocouple créé une différence de potentiel proportionnelle à la différence de température entre la jonction chaude et la jonction froide du thermocouple.

15 L'utilisation d'un thermocouple permet d'obtenir une précision en température inférieure à 0,8°C, voire de 0,3°C et un temps de réponse inférieur à 7 secondes, voire inférieur à 5 secondes. De plus, le thermocouple permet de réaliser des mesures sur une plage de températures plus grande, comprise entre -200°C et 350°C environ.

20 Comme représenté sur la figure 2, la sonde de température 4 comprend deux pattes 6 constituées de deux matériaux différents. Les pattes 6 sont en métal. Les pattes 6 sont soudées entres elles à l'une de leur extrémité de façon à former une jonction chaude constituant l'élément sensible à la température 5. De manière préférée, l'une des pattes 6 de la sonde de température 4 est en 25 cuivre et l'autre patte 6 est en constantan, permettant d'obtenir une précision inférieure à 0,8°C, voire inférieure à 0,5°C et un temps de réponse inférieur à 7 secondes, voire inférieur à 5 secondes. D'autres couples de matériaux sont également possibles, comme le chrome/Constantan, le chrome/Alumel, Nisil/Nicrosil. Les pattes 6 présentent un 30 diamètre inférieur à 0,5 mm et de préférence égal à 0,3 mm, permettant de réduire au maximum le temps de réponse. En effet, plus le diamètre des pattes est petit et plus le temps de réponse est faible. En dessous d'un diamètre de 0,25-0,3 mm, les pattes 6 ont tendance à casser lors d'une opération de pliage. Le diamètre de 0,3 4 3037395 5 mm est donc un bon compromis entre résistance mécanique et temps de réponse de la sonde. Les pattes 6 et l'élément sensible à la température 5 sont recouverts d'une résine 7 en polyimide.

5 Les résines classiquement utilisées pour les thermistances CTN présentent un problème d'adhésion sur les matériaux des pattes 6 du thermocouple. La résine 7 en polyimide adhère parfaitement sur les matériaux des pattes 6 de la sonde de température 4, qui peuvent être constitués de cuivre ou de constantan, par exemple. Cette résine protège efficacement les pattes 6 et l'élément 10 sensible à la température 5 du mélange gazeux à l'intérieur du répartiteur d'air d'admission. La figure 2 représente une sonde de température 4 selon un exemple de réalisation préféré de l'invention. Dans cet exemple, les deux pattes 6 connectées à l'élément sensible à la 15 température 5 sont coplanaires. Les pattes 6 comportent chacune une portion de connexion 9. Ces portions de connexion 9 sont agencées de manière colinéaire ou forment éventuellement entre elles un angle faible, compris entre 00 et 5°, résultant d'éventuels défauts géométriques de fabrication. Ces portions de connexion 9 sont agencées de façon à 20 ce que leurs extrémités respectives soient opposées. Les portions de connexion 9 sont symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan médian passant par l'élément sensible à la température 5. Les pattes 6 de la sonde de température 4 sont connectées électriquement au substrat 3 par brasure, par exemple, formant deux points de connexion 17, comme 25 représenté sur la figure 2. Ces deux points de connexion 17 forment les points froids du thermocouple. Comme on peut le voir sur la figure 2, les portions de connexion 9 reposent à plat sur les plots de connexion 10 du substrat 3. Une opération de brasage est réalisée pour assurer le contact électrique.

30 Comme représenté sur la figure 1, le substrat 3 comporte une ouverture 11 dans laquelle est introduite la sonde de température 4 qui traverse le substrat 3. Le capteur 1 comprend un support 12 comportant un évidemment 13 dans lequel est logé le substrat 3.

5 3037395 6 Le support 12 comporte deux éléments de guidage 14 comportant chacun un évidemment en forme en V ou en U agencé pour recevoir la portion de connexion 9 des pattes 6 de la sonde de température 4. L'élément de guidage 14 est également agencé pour guider le substrat 3 lors 5 de sa mise en place dans le support 12. L'opération de montage du substrat 3 s'en trouve ainsi facilitée. Alternativement, le capteur 1 comprend également une sonde de pression 8 destinée à mesurer la pression du gaz circulant à l'intérieur du répartiteur d'air d'admission 2, comme représenté sur la figure 2. La sonde de pression 8 est distante 10 de la sonde de température 4. Le capteur 1 comprend un connecteur 15, comme représenté sur la figure 1, permettant de le connecter à un dispositif électronique, apte à lire le signal de mesure de chacune des sondes 4, 8. La sonde de pression 8 et la sonde de température 4 délivrent en sortie du 15 capteur 1 un signal numérique. La transmission des signaux de mesure des capteurs 4, 8 vers le dispositif électronique utilisant ces informations se fait par un protocole de communication numérique. Ceci permet d'utiliser le même dispositif électronique pour les deux sondes 4, 8, réduisant le nombre d'éléments. Un tel capteur 1 permet de combiner deux fonctions, ce qui limite le nombre 20 d'interfaces mécaniques à prévoir pour loger ces capteurs dans leur environnement, et simplifie le câblage électrique, en limitant le nombre de connexions et de ramifications. La figure 3 représente un capteur 1 monté sur une partie d'un répartiteur d'air d'admission 2 d'un véhicule automobile. L'élément sensible à la température 5 est 25 protégé par une arche 16 agencée dans le corps du capteur 1. Cette arche 16 permet de protéger l'élément sensible à la température 5 des chocs pouvant se produire lors du transport du composant avant son assemblage sur un répartiteur d'air d'admission 2. L'arche 16 est largement ajourée et n'empêche pas le flux d'air d'accéder à 30 l'élément sensible à la température 5. Le capteur 1 peut ainsi être vissé ou clipsé sur la portion du répartiteur d'air d'admission 2, par une ou plusieurs vis traversant une ou des pattes de fixations agencées dans le capteur 1.

6 3037395 7 Selon un mode de réalisation particulier, la sonde de température 4 est surmoulée dans le polymère constituant le support 12. Ce mode de réalisation permet d'éviter une étape de pliage des pattes 6 de la sonde de température 4 et permet également un meilleur maintien mécanique de la 5 sonde de température 4 sur le support 12, limitant les vibrations. Ce surmoulage dans le polymère constituant le support 12 entraîne un léger rallongement du temps de réponse de la sonde de température 4 qui est acceptable étant donné que l'utilisation d'un thermocouple comme sonde de température 4 raccourcit de façon importante ce temps de réponse. Le temps de réponse total reste 10 inférieur à celui fournit par les capteurs de l'art antérieur. 7

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Capteur (1) comprenant : - un substrat (3), - une sonde de température (4) connectée électriquement au substrat (3), ladite sonde de température (4) comprenant un élément sensible à la température (5) destiné à mesurer la température d'un gaz, caractérisé en ce que : - la sonde de température (4) est un thermocouple.
2. 2. Capteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde de température (4) comprend deux pattes (6) constituées de deux matériaux différents, lesdites pattes (6) étant soudées entres elles à l'une de leur extrémité de façon à former l'élément sensible à la température (5).
3. 3. Capteur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'une des pattes (6) de la sonde de température (4) est en cuivre et l'autre patte (6) est en constantan.
4. 4. Capteur (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que les pattes (6) présentent un diamètre inférieur à 0,5 mm et de préférence égal à 0,3 mm.
5. 5. Capteur (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les pattes (6) et l'élément sensible à la température (5) sont recouverts d'une résine (7) en polyimide.
6. 6. Capteur (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les pattes (6) sont coplanaires.
7. 7. Capteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un support (12) en polymère supportant le substrat (3) et la sonde 8 3037395 9 de température (4), ladite sonde de température (4) étant surmoulée dans le polymère du support (12).
8. 8. Capteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en 5 ce qu'il comprend une sonde de pression (8) destiné à mesurer la pression d'un gaz, distante de la sonde de température (4), ladite sonde de pression (8) et ladite sonde de température (4) délivrant chacune un signal de sortie numérique transmis à un même dispositif électronique. 10
9. 9. Utilisation du capteur selon une des revendications 1 à 8 dans un répartiteur d'admission (2) d'un véhicule automobile. 15 9