WO2020193597A1 - Boitier de protection pour capteur de température de véhicule - Google Patents

Boitier de protection pour capteur de température de véhicule Download PDF

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WO2020193597A1
WO2020193597A1 PCT/EP2020/058270 EP2020058270W WO2020193597A1 WO 2020193597 A1 WO2020193597 A1 WO 2020193597A1 EP 2020058270 W EP2020058270 W EP 2020058270W WO 2020193597 A1 WO2020193597 A1 WO 2020193597A1
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housing
temperature sensor
sensor
crimped
cavity
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Gabriel KOPP
Aurélien SERVETTAZ
Alexis Gaudin
Fabien LEMOIGNE
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Sc2N
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    • G01K1/08—Protective devices, e.g. casings
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    • H01R13/665—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit
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    • G01K2205/00—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle
    • G01K2205/04—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle for measuring exhaust gas temperature

Definitions

  • the present invention relates to a temperature sensor for a vehicle engine and its manufacturing method.
  • Temperature sensors comprising a thermocouple for measuring high temperatures are widely used in the field of internal combustion engine exhaust systems. Thermocouples provide relatively high measurement accuracy. This is why they are used in this field with high demands in terms of controlling pollutant emissions.
  • thermocouple measurement principle is based on the Seebeck effect which results in a potential difference between two different metal wires when they are subjected to a temperature difference.
  • the two metal wires are welded together at a first end forming a hot junction (or hot spot) intended to measure the temperature Tl of the medium to be measured, such as for example the temperature of the exhaust gases from an exhaust system.
  • the two metal wires of the thermocouple also each have a second end each connected to a voltmeter by a cold junction (or cold point) which is at a reference temperature T0.
  • This type of temperature sensor is known to include a printed circuit (PCB) comprising an integrated circuit integrating the voltmeter.
  • the integrated circuit is an application-specific ASIC (Application Specifies for Integrated Circuit) integrated circuit capable of processing voltage signals to convert them to temperature. It is capable of supplying an analog or digital output signal and using a digital protocol such as SENT (Single Edge Nibble Transmission) or PWM (Pulsed Width Modulation) or PSI (Peripheral Sensor Interface).
  • SENT Single Edge Nibble Transmission
  • PWM Pulsed Width Modulation
  • PSI Peripheral Sensor Interface
  • the temperature sensors of the prior art conventionally comprise a case which contains an electronic card on which several terminals are soldered.
  • the terminals are crimped - and potentially soldered - onto the metal core of a stranded wire. This connection is in the case of a thermocouple sensor called the cold junction.
  • the metal core of each wire is coated with an insulation.
  • a silicone gasket also crimped on the terminal ensures the seal between this insulation and a cassette, which has ribs which are remelted during the manufacture of the housing by plastic injection. The fusion of these ribs with the plastic material of the housing ensures the seal between cassette and housing.
  • a disadvantage of this type of sensor arises from the fact that the cold junction is strongly influenced by the exterior temperature of the housing, in particular when one face of the housing is exposed to an air flow of a temperature different from the surrounding ambient temperature.
  • the box Under these conditions, there is a significant temperature difference between the cold junction and the electronic components placed on the PCB responsible, among other things, for measuring its temperature. This temperature difference (or gradient) is liable to create a measurement error. The accuracy of the sensor is then insufficient.
  • the objective of the present invention is therefore to overcome this drawback of the prior art by proposing a temperature sensor whose protection of the cold junction is improved.
  • a temperature sensor for a vehicle engine comprising: a housing containing an electronic card and crossed by at least one pair of wires provided with lugs, the lug consisting of a portion crimped on a conductor arranged in limp him,
  • a connector comprising at least one metal insert ensuring the electrical connection with the electronic card, the housing comprising at least one air cavity arranged between the crimped portion and the underside of the housing.
  • the temperature sensor comprises a second air cavity arranged between the crimped portion and the upper face of the housing.
  • the first and second cavities meet to form a single cavity which surrounds the crimped portion.
  • the first cavity is closed by a side cover
  • the cover is fixed in a sealed manner to the box.
  • the side cover is formed from the same material as the housing.
  • the casing comprises internal ribs arranged in the lower part of the casing, under the crimped portion.
  • the casing comprises additional ribs arranged in the upper part of the casing.
  • the senor is a thermocouple.
  • the invention also relates to the use of the sensor according to the invention in a motor vehicle.
  • FIG. 1 is a representation of an elevational view of a temperature sensor according to an embodiment of the invention with the PCB in place;
  • FIG. 2 is a representation of an elevational view of a temperature sensor according to an embodiment of the invention without a PCB in place;
  • FIG. 3 is a schematic representation of a longitudinal sectional view of a temperature sensor according to one embodiment of the invention.
  • the [Fig. 4] is a schematic representation of a cross-sectional view of a temperature sensor according to an embodiment of the invention without a side cover;
  • the [Fig. 5] is a schematic representation of a cross-sectional view of a temperature sensor according to an embodiment of the invention with a side cover;
  • the [Fig. 6] is a representation of an elevational view of a temperature sensor according to another embodiment of the invention with the PCB in place;
  • the [Fig. 7] is a representation of an elevational view of part of a temperature sensor according to another embodiment of the invention without a PCB in place;
  • the [Fig. 8] is a schematic representation of a longitudinal sectional view of a temperature sensor according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 9 is a representation of an elevational view seen from below of a temperature sensor according to one embodiment of the invention.
  • a vehicle in the context of the invention is any type of land vehicle, for example automobile and truck, and air, and for example drones or airplanes.
  • the sensor according to the invention illustrated in FIGS. 1, 2 and 3, comprises a housing 1 containing an electronic card 14, also called PCB (printed circuit board according to English terminology).
  • the housing 1 is crossed by at least one pair 2 of wires 3 provided with terminals 8 and wired sleeve joints 6 both crimped.
  • the terminals 8 are inserted straight into the housing 1 and then bent directly inside using a bending tool.
  • the material of the housing 1 is a thermoplastic such as for example PA66, PA6, P BT, PPS or else PPA.
  • the electronic card 14 is arranged in the housing 1 and rests on several support zones 105. These support zones are formed around pins 104, 106
  • the pins 104, 106 are hot deformed, for example by snap-fastening, to fix the card definitively.
  • the position of the pins and their diameter are chosen in order to ensure the robustness of the holding of the card 14, especially in a vibration situation.
  • the pins 104, 106 each have, for example, a diameter greater than or equal to 2.5 mm. According to one embodiment of the invention, the pins 104, 106 are located between the first third and half of the card to limit the vibrations.
  • a free space 107 is provided in the housing 1 so that a tool for bending the terminals 8 can be introduced into the housing 1. After folding, this tool is withdrawn and leaves room for a flange which fixes the terminals definitively. pods.
  • the housing 1 comprises a connector 101.
  • the connector 101 comprises at least one metal insert 10 ensuring the electrical connection with the electronic card 14.
  • the insert is made of bronze or of brass.
  • the terminal 8 consists of a portion 804 crimped onto a conductor 5 placed in the box 1. In the case of a thermocouple sensor, this portion is called the cold junction 804 of the thermocouple.
  • the housing is closed by a main cover 13, illustrated in FIG. 4, 5 and 8, which protects the electronic card from the external environment (humidity, pollution, liquids).
  • This cover 13 is sealed to the housing 1 by gluing, by vibration or by laser welding.
  • At least one cavity is arranged around the terminals 8.
  • This cavity makes it possible to limit the measurement error in the case where one of the faces of the housing 1 is subjected to an air flow of temperature different from ambient temperature
  • the air flow comes for example from the air outside the vehicle, when the box is not placed under the engine cover, or in an isolated area.
  • one face of the housing is in contact with the motor, between 50 ° C and 150 ° C, and the opposite face sees a flow of cold air, between -40 ° C to 10 ° C.
  • This gradient between the outer faces of the housing 1 generates in the housing a gradient between the cold junction of the thermocouple 804 and the electronic card 14 incorporating the element which measures the cold temperature.
  • At least one air cavity 108 is arranged between the cold junction 804 and the lower and lateral face of the housing 1.
  • a second air cavity 109 is arranged between the cold junction and the upper and lateral face.
  • cavities 108, 109 play the role of thermal insulator and allow a gain of about 10 degrees on the temperature difference for an external gradient of 100 ° C.
  • the first cavity 108 is closed by a side cover 12, in order to prevent any flow of air in this zone.
  • the cover 12 is fixed in a sealed manner on the box 1.
  • the side cover 12 is for example fixed with an ultrasonic welding (20 to 30 kHz), the cycle time of which is fast.
  • energy vectors 1201 are arranged on the internal face of the side cover 12 and are melted and mixed with the material of the housing 1.
  • the side cover 12 is formed from the same material as the housing 1.
  • the housing 1 comprises internal ribs 117 and bearing zones 116 formed at the end of the wall of the housing. 1, which make it possible to balance the solder over the entire periphery of the cover 12.
  • the internal ribs 117 are arranged in the lower part of the housing 1, under the cold junction 804.
  • the housing has at least two holes 118 formed under the housing 1. for the escape of water which could be retained in the first cavity 108.
  • the housing comprises additional ribs 111 which make it possible to ensure better rigidity of the housing 1.
  • These additional ribs 111 are arranged in the upper part of the housing 1.
  • the upper and lower parts of the housing are defined in relation to to the face of the housing 1 comprising the main cover 13 and which is considered to be the upper face of the sensor.
  • the first 108 and second cavities 109 join together to form a single cavity 120.
  • This cavity 120 surrounds the cold junction 804.
  • the housing 1 also comprises the internal 117 and additional 111 ribs, which have the role of stiffening the cold junction, and which also have the role of balancing the weld of the side cover 12.

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Abstract

La présente invention concerne un capteur de température (1) pour moteur de véhicule, comprenant : - un boitier (1) contenant une carte électronique (14) et traversé par au moins une paires (2) de fils (3) munie de cosses (8), la cosse (8) étant constituée d'une portion (804) sertie sur un conducteur (5) disposé dans le boiter (1), - un connecteur (101) comportant au moins un insert métallique (10) assurant la connexion électrique avec la carte électronique (14). le boitier comprenant au moins une cavité d'air (108) aménagée entre la portion sertie (804) et la face inférieure du boitier (1).

Description

Description
Titre de l'invention : Boîtier de protection pour capteur
de température de véhicule
La présente invention concerne un capteur de température pour moteur de véhicule et son procédé de fabrication.
Les capteurs de température comprenant un thermocouple pour mesurer les hautes températures sont largement utilisés dans le domaine des systèmes d'échappement de moteur à combustions interne. Les thermocouples fournissent une précision de mesure relativement élevée. 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 métalliques différents lorsqu'ils sont soumis à une différence de température. Les deux fils métalliques sont soudés entre eux à une première extrémité formant une jonction chaude (ou point chaud) destinée à mesurer la température Tl 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.
Ce type de capteur de température est connu pour comprendre un circuit imprimé (PCB) comportant un circuit intégré intégrant le voltmètre. Le circuit intégré est un circuit intégré à application spécifique ASIC (Application Spécifie for Integrated Circuit) capable de traiter des signaux de tension pour les convertir en température. Il est capable de fournir un signal de sortie analogique ou numérique et d'utiliser un protocole numérique de type SENT (Single Edge Nibble Transmission) ou PWM (Pulsed Width Modulation) ou encore PSI (Peripheral Sensor Interface).
Les capteurs de température de l'art antérieur, comprennent classiquement un boîtier qui contient une carte électronique sur laquelle sont brasées plusieurs cosses. Les cosses sont serties - et potentiellement soudées - sur l'âme métallique d'un fil multibrin. Cette connexion est dans le cas d'un capteur thermocouple appelée la jonction froide. L'âme métallique de chaque fil et revêtue d'un isolant. Un joint silicone également serti sur la cosse assure l'étanchéité entre cet isolant et une cassette, laquelle dispose de nervures qui sont refondues lors de la fabrication du boîtier par injection plastique. La fusion de ces nervures avec la matière plastique du boîtier assure l'étanchéité entre cassette et boîtier.
Un inconvénient de ce type de capteur provient du fait que la jonction froide est fortement influencée par la température extérieure de boîtier, en particulier lorsqu'une face du boîtier est exposée à un flux d'air d'une température différente de la température ambiante environnant le boîtier. Dans ces conditions, il existe un écart de température important entre la jonction froide et les composants électroniques placés sur le PCB chargés entre autre de mesurer sa température. Cet écart (ou gradient) de température est susceptible de créer une erreur de mesure. La précision du capteur est alors insuffisante.
La présente invention a donc pour objectif de pallier cet inconvénient de l'art antérieur en proposant un capteur de température dont la protection de la jonction froide est améliorée.
Pour cela la présente invention propose un capteur de température pour moteur de véhicule, comprenant : un boîtier contenant une carte électronique et traversé par au moins une paire de fils munie de cosses, la cosse étant constituée d'une portion sertie sur un conducteur disposé dans le boiter,
un connecteur comportant au moins un insert métallique assurant la connexion électrique avec la carte électronique le boîtier comprenant au moins une cavité d'air aménagée entre la portion sertie et la face inférieure du boîtier.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le capteur de température comprend une deuxième cavité d'air aménagée entre la portion sertie et la face supérieure du boîtier.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la première et deuxième cavités se rejoignent pour former une seule cavité qui entoure la portion sertie.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la première cavité est refermée par un capot latéral Selon un mode de réalisation de l'invention, le capot est fixé de façon étanche sur le boiter.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le capot latéral est formé avec la même matière que le boîtier.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le boîtier comporte des nervures internes disposées dans la partie inférieure du boîtier, sous la portion sertie.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le boîtier comporte des nervures supplémentaires disposées dans la partie supérieure du boîtier.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le capteur est un thermocouple.
L'invention concerne également l'utilisation du capteur selon l'invention dans un véhicule automobile.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles:
La [Fig. 1] est une représentation d'une vue en élévation d'un capteur de température selon un mode de réalisation de l'invention avec PCB mis en place ;
La [Fig. 2] est une représentation d'une vue en élévation d'un capteur de température selon un mode de réalisation de l'invention sans PCB mis en place ;
La [Fig. 3] est une représentation schématique d'une vue en coupe longitudinale d'un capteur de température selon un mode de réalisation de l'invention ;
La [Fig. 4] est une représentation schématique d'une vue en coupe transversale d'un capteur de température selon un mode de réalisation de l'invention sans capot latéral; La [Fig. 5] est une représentation schématique d'une vue en coupe transversale d'un capteur de température selon un mode de réalisation de l'invention avec capot latéral ; La [Fig. 6] est une représentation d'une vue en élévation d'un capteur de température selon un autre mode de réalisation de l'invention avec PCB mis en place ;
La [Fig. 7] est une représentation d'une vue en élévation d'une partie d'un capteur de température selon un autre mode de réalisation de l'invention sans PCB mis en place ; La [Fig. 8] est une représentation schématique d'une vue en coupe longitudinale d'un capteur de température selon un autre mode de réalisation de l'invention ;
La [Fig. 9] est une représentation d'une vue en élévation vue de dessous d'un capteur de température selon un mode de réalisation de l'invention ; Un véhicule dans le cadre de l'invention, est tout type de véhicules terrestres, et par exemple automobile et camion, et aériens, et par exemple les drones ou avions.
Le capteur selon l'invention, illustré figures 1, 2 et 3, comprend un boîtier 1 contenant une carte électronique 14, également appelé PCB (printed circuit board selon la terminologie anglaise). Le boîtier 1 est traversé par au moins une paires 2 de fils 3 munie de cosses 8 et de joints manchons filaires 6 tous deux sertis. Les cosses 8 sont insérées droites dans le boîtier 1 et pliées ensuite directement à l'intérieur à l'aide d'un outil de pliage. Selon un mode de réalisation de l'invention, la matière du boîtier 1 est un thermoplastique tel que par exemple du PA66, PA6, P BT, PPS ou bien PPA.
La carte électronique 14 est disposée dans le boîtier 1 et repose sur plusieurs zones d'appui 105. Ces zones d'appui sont formées autour de pions 104, 106 Les pions 104, 106 sont déformés à chaud, par exemple par bouterollage, pour fixer la carte de façon définitive. La position des pions et leur diamètre sont choisis afin d'assurer la robustesse du maintien de la carte 14 notamment en situation de vibration. Les pions 104, 106 ont par exemple, chacun, un diamètre supérieur ou égal à 2.5mm. Selon un mode de réalisation de l'invention, les pions 104, 106 sont situés entre le premier tiers et la moitié de la carte pour limiter les vibrations.
Un espace libre 107 est prévu dans le boîtier 1 de façon à ce qu'un outil de pliage des cosses 8 puisse être introduit dans le boîtier 1. Après pliage, cet outil est retiré et laisse la place à une bride qui vient fixer définitivement les cosses.
Le boîtier 1 comporte un connecteur 101. Le connecteur 101 comporte au moins un insert métallique 10 assurant la connexion électrique avec la carte électronique 14. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'insert est en bronze ou en laiton.
La cosse 8 est constituée d'une portion 804 sertie sur un conducteur 5 disposé dans le boiter 1. Dans le cas d'un capteur thermocouple cette portion est appelée la jonction froide 804 du thermocouple.
Le boîtier est fermé par un capot principal 13, illustré figure 4, 5 et 8, qui protège la carte électronique de l'environnement extérieur (humidité, pollution, liquides). Ce capot 13 est fixé de façon étanche au boîtier 1 par collage, par vibration ou par soudure laser.
Dans le cadre de l'invention, au moins une cavité est aménagée autour des cosses 8. Cette cavité permet de limiter l'erreur de mesure dans le cas où l'une des faces du boîtier 1 est soumise à un flux d'air de température différente de la température ambiante Dans le cas d'un capteur thermocouple, le flux d'air provient par exemple de l'air extérieur au véhicule, lorsque le boîtier n'est pas placé sous le cache moteur, ou dans une zone isolée. Dans cette configuration, une face du boîtier est en contact avec le moteur, entre 50°C et 150°C, et la face opposée voit un flux d'air froid, entre -40°C à 10°C. Ce gradient entre les faces extérieures du boîtier 1 génère dans le boîtier un gradient entre la jonction froide du thermocouple 804 et la carte électronique 14 intégrant l'élément qui mesure la température froide.
Pour limiter ce gradient, au moins une cavité d'air 108 est aménagée entre la jonction froide 804 et la face inférieure et latérale du boîtier 1.
Selon un mode de réalisation de l'invention, une deuxième cavité d'air 109 est aménagée entre la jonction froide et la face supérieure et latérale.
Ces cavités 108, 109 jouent le rôle d'isolant thermique et permettent un gain d'environ 10 degrés sur l'écart de température pour un gradient extérieur de 100°C.
Comme illustré figures B, 4 et 5 la première cavité 108 est refermée par un capot latéral 12, afin d'éviter tout écoulement d'air dans cette zone. Selon un mode de réalisation le capot 12 est fixé de façon étanche sur le boiter 1. Le capot latéral 12 est par exemple fixé avec une soudure par ultrasons (20 à 30kHz) dont le temps de cycle est rapide. Pour cela, des vecteurs d'énergie 1201 sont aménagés sur la face interne du capot latéral 12 et sont fondus et mélangés avec la matière du boîtier 1.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le capot latéral 12 est formé avec la même matière que le boîtier 1. Le boîtier 1 comporte des nervures 117 internes et des zones d'appui 116 formées à l'extrémité de la paroi du boîtier 1, qui permettent d'équilibrer la soudure sur tout le pourtour du capot 12. Les nervures internes 117 sont disposées dans la partie inférieure du boîtier 1, sous la jonction froide 804. Le boîtier comporte au moins deux trous 118 formés sous le boîtier 1 pour l'échappement d'eau qui pourrait être retenue dans la première cavité 108.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le boîtier comporte des nervures 111 supplémentaires qui permettent d'assurer une meilleure rigidité du boîtier 1. Ces nervures supplémentaires 111 sont disposées dans la partie supérieure du boîtier 1.
Dans le cadre de l'invention les parties supérieure et inférieure du boîtier, et de manière générale toute les références à un sens de positionnement, sont définies par rapport à la face du boîtier 1 comportant le capot 13 principal et qui est considérée comme la face supérieure du capteur.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention illustrée figures 6, 7, 8 et 9, les première 108 et deuxième cavités 109 se rejoignent pour former une seule cavité 120. Cette cavité 120 entoure la jonction froide 804. Dans cette configuration, le boîtier 1 comporte également les nervures internes 117 et supplémentaires 111, qui ont pour rôle de rigidifier la jonction froide, et qui ont aussi pour rôle d'équilibrer la soudure du capot latéral 12.
La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications.

Claims

REVENDICATIONS
1. Capteur de température (1) pour moteur de véhicule, comprenant : un boîtier (1) contenant une carte électronique (14) et traversé par au moins une paires (2) de fils (3) munie de cosses (8), la cosse (8) étant constituée d'une portion (804) sertie sur un conducteur (5) disposé dans le boiter (1), un connecteur (101) comportant au moins un insert métallique (10) assurant la connexion électrique avec la carte électronique (14) caractérisé en ce que le boîtier comprend au moins une cavité d'air (108) aménagée entre la portion sertie (804) et la face inférieure du boîtier (1).
2. Capteur de température (1) selon la revendication 1, comprenant une deuxième cavité d'air (109) aménagée entre la portion sertie (804) et la face supérieure du boîtier (1).
3. Capteur de température (1) selon la revendication 2, dans lequel la première (108) et deuxième cavités (109) se rejoignent pour former une seule cavité (120) qui entoure la portion sertie (804).
4. Capteur de température (1) selon une des revendications 1 à 3, dans lequel la première cavité (108) est refermée par un capot latéral (12)
5. Capteur de température (1) selon la revendication 4, dans lequel le capot (12) est fixé de façon étanche sur le boiter (1).
6. Capteur de température (1) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le capot latéral (12) est formé avec la même matière que le boîtier (1).
7. Capteur de température (1) selon une des revendications 1 à 6, dans lequel le boîtier (1) comporte des nervures (117) internes disposées dans la partie inférieure du boîtier (1), sous la portion sertie (804).
8. Capteur de température (1) selon une des revendications 1 à 7, dans lequel le boîtier (1) comporte des nervures (111) supplémentaires disposées dans la partie supérieure du boîtier (1).
9. Capteur de température (1) selon une des revendications 1 à 8, le capteur étant un thermocouple.
10. Utilisation du capteur selon une de revendications 1 à 9 dans un véhicule automobile.
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