Brevet FR2854951A1 — publié le 20041119

Domaine de l'invention La présente invention concerne un capteur de débit pour un moteur à combustion interne comportant au moins une résistance électrique chauffante et une régulation de température de la résistance chauffante. Etat de la technique Dans les capteurs de débit de moteurs à combustion interne, réalisés comme débitmètres massiques d'air à film chaud ou encore débitmètres massiques d'air à fil chaud, on chauffe une résistance de 10 chauffage à une certaine température. Cela se fait par l'application d'une tension électrique dimensionnée pour régler une température prédéterminée de la résistance chauffante. En général, on fixe la température de la résistance chauffante selon la température ambiante. La régulation de température se réalise jusqu'alors par un circuit électronique qui règle la 15 tension appliquée à chaque circuit. L'inconvénient de ce circuit est que la tension du réseau embarqué du moteur à combustion interne ou du véhicule doit être réduite d'une amplitude AU pour obtenir la tension souhaitée aux bornes de la résistance chauffante. La différence de tension AU se produit dans une électronique de commande et occasionne une perte de 20 puissance Pperte = AU*IH. Dans cette formule IH est le courant traversant la résistance chauffante. La puissance perdue produit un réchauffement du circuit électronique. Ce réchauffement du circuit électronique occasionne une dérive thermique se répercutant de manière négative sur la qualité du si25 gnal fourni par le capteur de débit. De plus, on risque de raccourcir la durée de fonctionnement de l'électronique de commande du fait de la chaleur dégagée. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces incon30 vénients et concerne à cet effet un capteur de débit pour un moteur à combustion interne ayant au moins une résistance chauffante électrique, au moins un capteur de température et une régulation de température de la résistance chauffante, cette régulation de température de la résistance chauffante se faisant par une modulation de largeur d'impulsion de la 35 tension de chauffage UH. La tension de chauffage UH est égale ou légèrement inférieure à la tension embarquée du véhicule ou du véhicule automobile. La chute de tension dans l'électronique de commande est ainsi réduite consi- dérablement. La régulation de puissance se fait à l'aide d'un commutateur commandé qui fait que l'électronique de puissance rétablit la liaison électrique entre la résistance chauffante et le réseau embarqué pendant une durée courte puis s'ouvre de nouveau. Le comportement en fonction du 5 temps, lorsque la liaison électrique est fermée, en des temps dans lesquels la liaison électrique est coupée, permet une régulation de puissance de la résistance chauffante. Ce type de régulation de puissance est appelé modulation en largeur d'impulsion et on le connaît également dans d'autres domaines. Le capteur de débit est réalisé comme débitmètre massique d'air à film chaud ou sous la forme d'un débitmètre massique d'air à fil chauffant. Lorsque le commutateur de l'électronique de commande est ouvert, le commutateur est mis à toute la tension du réseau embarqué 15 mais aucun courant ne passe à ce moment, de sorte qu'il n'y aura pas dans cet état de commutation une quelconque perte de puissance dans l'électronique de commande. Lorsque le commutateur de l'électronique de commande est fermé, le commutateur n'est pratiquement plus soumis à aucune tension et dans cet état de commutation il n'y a pas de puissance 20 perdue au niveau de l'électronique de commande. En conséquence, la régulation de température selon l'invention ne produit pratiquement pas d'élévation de température de l'électronique de commande, ce qui élimine pratiquement totalement le risque de dérive thermique de l'électronique de commande. La qualité du 25 signal fourni par le capteur de débit s'améliore de même que la durée de fonctionnement de l'électronique de commande augmente. Le concept de régulation selon l'invention est également avantageux du point de vue du coût. Selon l'invention on a en outre une variante de capteur de 30 débit qui est intéressante, si la régulation de température de la résistance chauffante comprend un commutateur commandé, en particulier un transistor qui se ferme ou s'ouvre en fonction de la température de la résistance chauffante. Il est particulièrement avantageux que la durée de la ca35 dence de l'interrupteur soit beaucoup plus courte que la constante de temps thermique de la résistance chauffante y compris de sa matière de support comme par exemple une membrane, car ce moyen permet une température constante dans le temps pour la résistance chauffante bien que l'alimentation en énergie électrique ne soit pas constante, mais que cette énergie électrique est transmise avec une puissance élevée pendant de courtes périodes suivies par de courts intervalles de même durée sans transmettre de puissance. De préférence on a au moins un capteur de température pour détecter la température d'au moins une résistance électrique. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins 10 annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un débitmètre massique d'air à film chaud, - la figure 2 est une vue simplifiée d'une régulation de température de la résistance chauffante selon l'invention. Description du mode de réalisation La figure 1 montre un débitmètre massique d'air à film chaud 1 représenté schématiquement. Le débitmètre massique d'air à film chaud 1 se compose d'une puce en silicium 3 ayant une cavité au niveau d'une résistance chauffante RH. Au voisinage immédiat de la résistance chauffante RH, des capteurs de température de chauffage SH mesurent la 20 température de la résistance chauffante RH. Un capteur de température d'air SL est prévu sur la puce de silicium 3. A l'aide des valeurs mesurées par les capteurs de température de chauffage SH et du capteur de température d'air SL on régule la température de la résistance chauffante RH à une surtempérature constante par rapport à la température de l'air. Cette 25 régulation de température est faite par une régulation de la puissance électrique alimentant la résistance chauffante RH. La grandeur de sortie du débitmètre massique d'air à film chaud représenté à la figure 1 est la température constatée par deux capteurs de température S1, S2 de l'air qui se trouve au-dessus du débitmètre 30 massique d'air à film chaud. La veine d'air est indiquée à la figure 1 par la flèche QLM. En dessous du débitmètre massique d'air à film chaud 1 on a représenté la courbe de température pour de l'air immobile (QLM = O) et pour de l'air en circulation (QLM > O). On constate que pour de l'air immo35 bile, la différence de température entre les capteurs de température Si et S2 est égale à 0. Pour de l'air en circulation, le capteur de température Si situé en amont dans le sens de l'écoulement donne une température d'air plus faible que celle du capteur de température S2 situé en aval de la résistance chauffante RH. La mesure de la différence de température entre les capteurs de température Si et S2 est une mesure du débit massique d'air QLM traversant le capteur de passage ou capteur de débit. La présente invention n'est pas limitée à un débitmètre 5 massique d'air à film chaud 1 selon la figure 1 mais peut également s'appliquer par exemple à des débitmètres massiques d'air sans capteur de température fonctionnant selon le principe du double élément chauffant. La régulation de puissance de la résistance chauffante RH 10 selon l'invention sera décrite ci-après à l'aide de la figure 2. La régulation de puissance est installée sur une micro-puce. Avec la micro-puce on commande la liaison électrique entre la tension du réseau embarqué UB et la résistance chauffante RH. Selon l'invention, la régulation de température de la résis15 tance chauffante RH prévoit l'ouverture et la fermeture d'un commutateur commandé 5 pour la liaison électrique entre le réseau fournissant la tension embarquée UB et la résistance chauffante RH, l'ouverture et la fermeture se faisant en de courts intervalles. Le rapport des durées pendant lesquelles la liaison électrique est établie entre la tension du réseau em20 barqué UB et la résistance chauffante RH et les durées pendant lesquelles cette liaison électrique est interrompue, permet d'assurer la régulation de puissance de la résistance chauffante RH. Ce type de régulation de puissance est une modulation par largeur d'impulsion. La figure 2 montre ce type de régulation de puissance représenté par une courbe 7. Lorsque le commutateur 5 est ouvert, il est soumis pratiquement à l'intégralité de la tension du réseau embarqué. Comme toutefois aucun courant ne traverse l'interrupteur 5, il n'y aura pas de perte de puissance au niveau du commutateur 5 pendant cet état de commutation. Lorsque le commutateur ou interrupteur 5 est fermé, la ré30 sistance chauffante RH sera soumise à toute la tension du réseau embarqué UB et un courant correspondant traverse la résistance chauffante RH produisant son élévation de température. La puissance perdue pour le commutateur 5 à l'état fermé est très faible par rapport à la puissance électrique de la résistance chauffante si bien que la puissance de perte du 35 commutateur 5 ne produit pratiquement pas d'élévation de température de la commande électronique. En conséquence, il n'y aura pratiquement pas de dérive de température pour le circuit électronique et ainsi le signal de sortie du capteur de débit selon l'invention est amélioré par la commande de puissance selon l'invention de la résistance chauffante RH. REVEND I CATIONS 1 ) Capteur de débit pour un moteur à combustion interne comportant au moins une résistance électrique chauffante (RH) et une régulation de température de la résistance chauffante (RH), caractérisé en ce que la régulation de température de la résistance chauffante (RH) se fait par modulation de largeur d'impulsion (PWM) du courant de chauffage (IH). 2 ) Capteur de débit selon la revendication 1, io caractérisé en ce que le capteur de débit est réalisé comme débitmètre massique d'air à film chaud (RH). 3 ) Capteur de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de débit est réalisé sous la forme d'un débitmètre massique d'air à fil chauffant. 4 ) Capteur de débit selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que la régulation de température de la résistance chauffante (RH) comprend un commutateur commandé (5) qui est fermé et ouvert suivant la température de la résistance chauffante (RH). 5 ) Capteur de débit selon la revendication 4, caractérisé en ce que la durée de commutation du commutateur (5) est beaucoup plus courte que la constante de temps de la résistance chauffante (RH). 6 ) Capteur de débit selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que le commutateur (6) est un transistor. 7 ) Capteur de débit selon la revendication 1, 35 caractérisé par au moins un capteur de température (Si, S2) pour détecter la température d'au moins une résistance électrique (RH).