Brevet FR3059773A1 — publié le 20180608

Capteur de pression compact La présente invention concerne un capteur de pression pour mesurer la 5 pression dans un système de gaz d'échappement d'un moteur thermique. Un tel capteur de pression est utilisé dans les systèmes de gaz d'échappement de véhicules thermiques. Il peut par exemple être utilisé pour mesurer une différence de pression ou deux pressions absolues à deux endroits différents d'une ligne d'échappement, comme par exemple avant et après un filtre à 10 particules. Par exemple, ce capteur de pression peut être utilisé dans un système de recirculation des gaz d'échappement EGR (Exhaust Gas Recirculation). Il peut également être utilisé dans un système DPF (Diesel Particulate Filter) ou GPF (Gasoline Particulate Filter) pour vérifier si les durites sont propres et s'assurer qu'il 15 n'y a pas de fuites dans ces dernières, c'est-à-dire si elles ne sont pas abîmées. On connaît de l'art antérieur des capteurs de pression différentielle comprenant un boîtier de protection comportant une cavité dans laquelle est logé un circuit imprimé en céramique (PCB) sur lequel est monté un élément sensible à la pression. 20 Le circuit imprimé en céramique comprend une ouverture fermée par l'élément sensible à la pression et des composants électroniques connectés électriquement à élément sensible à la pression. Le boîtier de protection comprend une première entrée de pression communicant avec une première surface de l'élément sensible à la pression et une 25 deuxième entrée de pression communicant avec une deuxième surface d'élément sensible à la pression. Ces deux surfaces de l'élément sensible à la pression sont isolées hermétiquement. L'élément sensible à la pression est en contact avec les gaz d'échappement qui est un environnement chaud et acide susceptible d'endommager et d'encrasser 30 la surface de l'élément sensible à la pression. Un gel est donc prévu pour protéger cette surface. Les capteurs de pression de l'art antérieur comprennent un circuit imprimé en céramique car ce dernier est résistant à cet environnement agressif. Le capteur de pression comprend un connecteur pour le relier à un dispositif 35 électronique de contrôle. Le circuit imprimé en céramique est relié aux contacts électriques de ce connecteur au moyen de liaisons électriques. Ces liaisons électriques sont séparées de l'élément sensible à la pression par une paroi de protection afin de les protéger de l'environnement agressif. D'autres capteurs de pression de l'art antérieur comprennent en alternative un 40 gel recouvrant les liaisons électriques pour les protéger de l'environnement agressif. 3059773 2 Ce type de capteur de pression comprenant un seul élément sensible à la pression est intéressant car présente un faible encombrement. Cependant, pour réaliser des contrôles dans les systèmes DPF/GPF, il est nécessaire d'utiliser un capteur de pression comprenant au moins deux éléments sensibles à la pression pour soit effectuer des mesures de pression différentielle nécessitant deux éléments sensibles à la pression ou bien des mesures de pression absolues nécessitant trois éléments sensibles à la pression. Le problème avec les capteurs de pression de l'art antérieur comprenant plusieurs éléments sensibles à la pression est qu'ils comprennent deux supports 10 céramiques séparés. Ils sont donc encombrants car présentent des dimensions de l'ordre de 60 x 45mm (hors connecteur et puit pression). L'invention a donc pour objectif de pallier à ces inconvénients de l'art antérieur en proposant un capteur de pression comprenant au moins deux éléments sensibles à la pression plus compacts que ceux de l'art antérieur et tout aussi résistant aux 15 agressions du milieu à mesurer. L'invention concerne un capteur de pression pour mesurer la pression dans un système de gaz d'échappement d'un moteur thermique, comportant : - un circuit imprimé comprenant au moins un premier élément sensible à la pression connecté électriquement au circuit imprimé, et 20 - un boîtier de protection dans lequel est logé le circuit imprimé. Le boîtier de protection comprend au moins une cavité dans laquelle est logé le premier élément sensible à la pression. Le boîtier de protection comprend au moins une première entrée de pression en communication fluidique avec le premier élément sensible à la pression. 25 Selon l'invention, le circuit imprimé est un circuit imprimé en résine époxy comportant au moins un deuxième élément sensible à la pression. Le capteur de pression comprend un matériau solide remplissant partiellement la cavité du boîtier de protection et enrobant le circuit imprimé de façon à isoler sa surface externe des gaz d'échappement. 30 De préférence, le matériau solide est une résine époxy. Selon un premier mode de réalisation, le circuit imprimé comprend deux éléments sensibles à la pression dont un premier élément sensible à la pression et un deuxième élément sensible à la pression logés dans une cavité unique. En variante, les deux éléments sensibles à la pression sont des éléments 35 sensibles à la pression mesurant une pression différentielle. Le boîtier de protection comprend la première entrée de pression reliée à la surface inférieure du premier élément sensible à la pression et une deuxième entrée de pression reliée à la surface inférieure du deuxième élément sensible à la pression. Le premier et le deuxième élément sensible à la pression comprennent chacun une surface 40 supérieure non recouverte par le matériau solide et en communication fluidique avec une deuxième entrée de pression par l'intermédiaire de la cavité unique. 3059773 3 Selon un deuxième mode de réalisation, le circuit imprimé comprend trois éléments sensibles à la pression dont un premier élément sensible à la pression logé dans une première cavité, un deuxième élément sensible à la pression logé dans une deuxième cavité et un troisième élément sensible à la pression logé dans une 5 troisième cavité. Les trois cavités sont séparées et isolées hermétiquement les unes par rapport aux autres. En variante, les trois éléments sensibles à la pression sont des éléments sensibles à la pression mesurant des pressions absolues. En variante, le premier élément sensible à la pression comprend une surface supérieure en communication fluidique avec une première entrée de pression pour mesurer une pression atmosphérique Pat,. Le deuxième élément sensible à la pression comprend une surface supérieure en communication fluidique avec une deuxième entrée de pression pour mesurer une première pression P1 dans le système d'échappement. Et le troisième élément sensible à la pression comprend une surface supérieure en communication fluidique avec une troisième entrée de pression pour mesurer une deuxième pression P2 dans le système d'échappement. En variante, le boîtier de protection comprend une première paroi séparant la première cavité de la deuxième cavité et une deuxième paroi séparant la deuxième cavité de la troisième cavité. Le circuit imprimé s'étend dans les trois cavités en traversant la première paroi et la deuxième paroi. En variante, le matériau solide remplit partiellement chacune des trois cavités du boîtier de protection de façon à enrober le circuit imprimé dans chacune des trois cavités. En variante, le boîtier de protection comprend un couvercle refermant la ou les 25 cavités. L'invention fournit ainsi un capteur de pression comprenant au moins deux éléments sensibles à la pression moins encombrant que ceux de l'art antérieur. Plusieurs puces de pression (éléments sensibles à la pression) sont intégrées sur un seul circuit imprimé contrairement aux capteurs de pression connus 30 comprenant deux supports céramiques et non un seul. Il est possible de mesurer au moins deux pressions avec un même circuit imprimé. Ce capteur de pression permet de garantir le même encombrement que les capteurs à pression différentielle contenant un seul élément sensible à la pression 35 (puce différentielle) ou deux éléments sensibles à la pression (puces en pression absolue). Les dimensions du capteur de pression sont d'environ 39 x 22mm, soit deux fois plus petites que les dimensions des capteurs connus qui sont de l'ordre de 60 x 45mm, tout en étant aussi performant en termes de précision et de résistance 40 chimique. 3059773 4 Un autre avantage par rapport aux capteurs connus réside dans l'utilisation d'une résine époxy en combinaison avec un circuit imprimé en résine époxy. La résine époxy présente un coefficient de dilatation thermique très faible ( Le circuit imprimé 3 est de préférence un circuit imprimé communément appelé FR4 PCB (« Flamme Resistant 4 Printed Circuit Board ») qui est un composite de résine époxy renforcé de fibre de verre. Le matériau solide 7 est également une résine époxy. La figure 3 représente un exemple de montage possible d'un des éléments sensibles à la pression 2a, 2b sur un circuit imprimé 3. Un seul élément sensible à la pression 2a a été représenté par simplification. Le circuit imprimé 3 en résine époxy comprend une ouverture 12 fermée par le premier élément sensible à la pression 2a. Le capteur de pression 1 comprend un support d'élément sensible 15 comprenant une enveloppe 16 supportée par le circuit imprimé 3. L'enveloppe 16 présente une section circulaire ou quadrilatérale, par exemple. 3059773 6 L'enveloppe 16 comprend une ouverture supérieure 17 et une ouverture inférieure 18 fermée par le premier élément sensible à la pression 2a. Le premier élément sensible à la pression 2a est positionné à l'intérieur de l'enveloppe 16 et obture l'ouverture inférieure 18. 5 L'ouverture inférieure 18 de l'enveloppe 16 est prolongée par un tube 19 inséré hermétiquement dans l'ouverture 12 du circuit imprimé 3. Le tube 19 se prolonge partiellement à travers le matériau solide 7 et ne le traverse pas complètement. Le matériau solide 7 entoure l'enveloppe 16 et s'étend jusqu'au voisinage de 10 son ouverture supérieure 17 de façon à ne pas l'obturer. Le premier élément sensible à la pression 2a est monté sur un support 25 qui est muni d'un orifice central 26 communicant avec l'intérieur du tube 19. Le tube 19 est prolongé par un second tube 21 de diamètre plus important. L'enveloppe 16 du support d'élément sensible 15 contient un gel 20 pour 15 protéger la surface supérieure 10a du premier élément sensible à la pression 2a. Le capteur de pression 1 comprend un connecteur pour le relier à un dispositif électronique de contrôle externe (non représentés). Le circuit imprimé 3 est relié à des contacts électriques de ce connecteur au moyen de liaisons électriques 28 qui sont recouvertes par le matériau solide 7. Ceci permet de protéger les contacts 20 électriques en même temps que le circuit imprimé 3 par le même matériau solide 7, évitant l'utilisation d'une paroi de protection ou de gel sur les contacts électriques. Le capteur de pression 1 comprend deux pattes de fixation 27 permettant de fixer le support d'élément sensible 15 au circuit imprimé 3. Le capteur de pression 1 comprend deux conducteurs électriques 14 reliant le 25 premier élément sensible à la pression 2a au circuit imprimé 3. Le boîtier de protection 6 comprend un couvercle 12 refermant la cavité unique 5, comme représenté sur la figure 1. Selon un mode de réalisation possible, le couvercle 12 est soudé au reste du boîtier de protection 6 par une soudure ultrason, créant un joint de soudure 13. 30 Selon une variante possible (non représentée), le deuxième élément sensible à la pression 2b ne mesure pas une pression différentielle mais une pression atmosphérique Pat, absolue, garantissant une meilleure précision qu'en utilisant deux éléments sensibles à la pression 2a, 2b mesurant deux pressions absolues (puces de pression absolue). Ceci est particulièrement avantageux pour une 35 application dans un système DPF/GPF. La figure 2 est une représentation schématique d'un capteur de pression 1 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Le circuit imprimé 3 de ce capteur de pression 1 comprend trois éléments sensibles à la pression 2a, 2b, 2c dont un premier élément sensible à la pression 2a 40 logé dans une première cavité 5a, un deuxième élément sensible à la pression 2b 3059773 7 logé dans une deuxième cavité 5b et un troisième élément sensible à la pression 2c logé dans une troisième cavité 5c. Le boîtier de protection 4 comprend donc trois cavités 5a, 5b, 5c distinctes. Les trois cavités 5a, 5b, 5c sont séparées et isolées hermétiquement les unes 5 par rapport aux autres. Les trois éléments sensibles à la pression 2a, 2b, 2c sont des éléments sensibles à la pression mesurant des pressions absolues. Le premier élément sensible à la pression 2a comprend une surface supérieure 10a en communication fluidique avec une première entrée de pression 6a 10 pour mesurer une pression atmosphérique Patin. Le deuxième élément sensible à la pression 2b comprend une surface supérieure 10b en communication fluidique avec une deuxième entrée de pression 6b pour mesurer une première pression P1 dans le système d'échappement. Le troisième élément sensible à la pression 2c comprend une surface 15 supérieure 10c en communication fluidique avec une troisième entrée de pression 6c pour mesurer une deuxième pression P2 dans le système d'échappement. Le capteur de pression 1 permet de mesurer des pressions absolues inférieures à 1,6kPa sur une gamme de température comprise entre -40°C et 140°C, et inférieures à 1,2kPa sur une gamme de température comprise entre 0°C et 85°C. 20 Le boîtier de protection 4 comprend une première paroi 22 séparant la première cavité 5a de la deuxième cavité 5b et une deuxième paroi 23 séparant la deuxième cavité 5b de la troisième cavité 5c. Le circuit imprimé 3 s'étend dans les trois cavités 5a, 5b, 5c en traversant la première paroi 22 et la deuxième paroi 23. 25 Comme dans le premier mode de réalisation, le circuit imprimé 3 est un circuit imprimé en résine époxy. Le capteur de pression 1 comprend un matériau solide 7 remplissant partiellement chacune des trois cavités 5a, 5b, 5c du boîtier de protection 4 et enrobant le circuit imprimé 3 de façon à isoler sa surface externe 8 des gaz 30 d'échappement. La surface supérieure 10a du premier élément sensible 2a, la surface supérieure 10b du deuxième élément sensible à la pression 2b et la surface supérieure 10c du troisième élément sensible à la pression 2c ne sont pas recouvertes par le matériau solide 7. 35 Le circuit imprimé 3 comprend des composants électroniques connectés électriquement aux éléments sensibles à la pression 2a, 2b, 2c au moyen de connections électriques (non représentés). Le circuit imprimé 3 est de préférence un circuit imprimé communément appelé FR4 PCB (« Flamme Resistant 4 Printed Circuit Board ») qui est un 40 composite de résine époxy renforcé de fibre de verre. Le matériau solide 7 est également une résine époxy. 3059773 8 Quel que soit le mode de réalisation, le circuit imprimé 3 est relié à un connecteur électrique (non représenté) par l'intermédiaire de la liaison électrique 28. Quel que soit le mode de réalisation, chaque élément sensible à la pression 2a, 2b, 2c, communément appelé « puce de pression » ou « chip » comprend un 5 circuit intégré. La mesure de pressions différentielles selon le premier mode de réalisation garantit une meilleure précision par rapport au deuxième mode de réalisation utilisant trois éléments sensibles à la pression mesurant des pressions absolues (ou puces de pression absolue). La mesure de pressions différentielles est particulièrement 10 avantageuse pour la mesure des pressions dans les systèmes DPF/GPF. REVENDICATIONS1. Capteur de pression (1) pour mesurer la pression dans un système de gaz d'échappement d'un moteur thermique comprenant : - un circuit imprimé (3) comprenant au moins un premier élément sensible à la pression (2a) connecté électriquement au circuit imprimé (3), - un boîtier de protection (4) dans lequel est logé le circuit imprimé (3), le boîtier de protection (4) comprenant au moins une cavité (5, 5a, 5b, 5c) dans laquelle est logé le premier élément sensible à la pression (2a), ledit boîtier de protection (4) comprenant au moins une première entrée de pression (6a) en communication fluidique avec le premier élément sensible à la pression (2a), caractérisé en ce que : - le circuit imprimé (3) est un circuit imprimé en résine époxy comportant au moins un deuxième élément sensible à la pression (2b), le capteur de pression (1) comprenant un matériau solide (7) remplissant partiellement la cavité (5, 5a, 5b, 5c) du boîtier de protection (4) et enrobant le circuit imprimé (3) de façon à isoler sa surface externe (8) des gaz d'échappement. 2. Capteur de pression (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau solide (7) est une résine époxy. 3. Capteur de pression (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit imprimé (3) comprend deux éléments sensibles à la pression (2a, 2b) dont un premier élément sensible à la pression (2a) et un deuxième élément sensible à la pression (2b) logés dans une cavité unique (5). 4. Capteur de pression (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux éléments sensibles à la pression (2a, 2b) sont des éléments sensibles à la pression mesurant une pression différentielle, le boîtier de protection (4) comprenant la première entrée de pression (6a) reliée à une surface inférieure (9a) du premier élément sensible à la pression (2a) et une deuxième entrée de pression (6b) reliée à une surface inférieure (9b) du deuxième élément sensible à la pression (2b), le premier (2a) et le deuxième élément sensible à la pression (2a) comprenant chacun une surface supérieure (10a, 10b) non recouverte par le matériau solide (7) et en communication fluidique avec une deuxième entrée de pression (11) par l'intermédiaire de la cavité unique (7). 3059773 10 5. Capteur de pression (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit imprimé (3) comprend trois éléments sensibles à la pression (2a, 2b, 2c) dont un premier élément sensible à la pression (2a) logé dans une première cavité (5a), un deuxième élément sensible à la pression (2b) logé dans 5 une deuxième cavité (5b) et un troisième élément sensible à la pression (2c) logé dans une troisième cavité (5c), les trois cavités (5a, 5b, 5c) étant séparées et isolées hermétiquement les unes par rapport aux autres. 6. Capteur de pression (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les trois 10 éléments sensibles à la pression (2a, 2b, 2c) sont des éléments sensibles à la pression mesurant des pressions absolues. 7. Capteur de pression (1) selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le premier élément sensible à la pression (2a) comprend une 15 surface supérieure (10a) en communication fluidique avec une première entrée de pression (6a) pour mesurer une pression atmosphérique Patm, le deuxième élément sensible à la pression (2b) comprenant une surface supérieure (10b) en communication fluidique avec une deuxième entrée de pression (6b) pour mesurer une première pression P1 dans le système d'échappement et le troisième élément 20 sensible à la pression (2c) comprenant une surface supérieure (10c) en communication fluidique avec une troisième entrée de pression (6c) pour mesurer une deuxième pression P2 dans le système d'échappement. 8. Capteur de pression (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, 25 caractérisé en ce que le boîtier de protection (4) comprend une première paroi (22) séparant la première cavité (5a) de la deuxième cavité (5b) et une deuxième paroi (23) séparant la deuxième cavité (5b) de la troisième cavité (5c), le circuit imprimé (3) s'étendant dans les trois cavités (5a, 5b, 5c) en traversant la première paroi (22) et la deuxième paroi (23). 30 9. Capteur de pression (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le matériau solide (7) remplit partiellement chacune des trois cavités (5a, 5b, 5c) du boîtier de protection (4) de façon à enrober le circuit imprimé (3) dans chacune des trois cavités (5a, 5b, 5c). 35 10. Capteur de pression (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le boîtier de protection (6) comprend un couvercle (12) refermant la ou les cavités (5, 5a, 5b, 5c). 40