FR2725786A1 - Capteur piezo-electrique et applications a l'automobile - Google Patents

Abstract

Capteur piézo-électrique à base de céramique pour tuyau cylindrique caractérisé en ce qu'il comprend deux demi-mâchoires rigides (1,1'), articulées d'un côté (7, 8), et comportant de l'autre côté un système de fermeture à couple de serrage constant et reproductible tel qu'un système à boucle (5) et levier (4), et en ce qu'il est de faible masse, et applications.

Description

La présente invention concerne un nouveau capteur piézo-électrique permettant de détecter la pression dans un tube, notamment d'injection, et ses applications.

On connaît déjà des capteurs de ce type tels que ceux commercialisés par la demanderesse sous la référence "Capteur Diesel JMC".

Ceux-ci comprennent deux mâchoires, chacune équipée d'une céramique piézo-électrique semi-annulaire, resserrées en position fonctionnelle à l'aide d'une vis réglable.

Les capteurs de ce type, quoique satisfaisants, présentent quelques inconvénients. Ils ne permettent en effet pas de réaliser un serrage du tube avec un couple reproductible (constant), et notamment de combiner cette reproductibilité avec une possibilité de réglage de ce couple. De plus, si l'on serre trop fort les mâchoires sur un tuyau, on peut casser la céramique (le quartz), ou obtenir un signal saturé, ne correspondant pas au signal de crête. En outre, un serrage trop faible engendre l'apparition de parasites.

I1 serait donc souhaitable de disposer d'un capteur
- doté d'un serrage taré à la bonne intensité
- permettant la reproductibilité du serrage, donc la comparaison,
- permettant grâce à la même valeur de couple de serrage, d'apparier plusieurs capteurs, ainsi en déplaçant le capteur d'un premier tuyau d'injection vers d'autres tuyaux, correspondant par exemple à d'autres cylindres ; si la pression est identique, le capteur fournira un courant identique pour chaque tuyau.

Le serrage du capteur sur le tuyau devrait de plus être de préférence réglable.

Après de longues recherches, la demanderesse a mis au point un capteur du genre de la présente invention, à savoir à deux demi-mâchoires et à fermeture à levier et boucle ressort. Cependant ce capteur ne donnait pas satisfac tion. En installant un tel capteur sur un tuyau d'injection d'un cylindre d'un moteur diesel par exemple, on observait de nombreux parasites d'une amplitude telle que le signal obtenu était inexploitable.

La demanderesse a poursuivi cependant ses études, et a découvert avec étonnement qu'outre le couple de serrage, la nature du matériau constituant le levier, et de celui constituant la boucle ressort influait de manière essentielle sur le résultat obtenu ; par exemple l'utilisation d'aluminium pour le levier, ou de fer doux pour la boucle ressort pour une épaisseur donnée ne permettait pas de mesurer le paramètre désiré, alors que celle d'acier pour le levier et d'acier à ressort, pour la boucle ressort permettait d'atteindre le résultat recherché. Elle a ainsi découvert que les pièces constituant le capteur devaient répondre à certaines qualités de rigidité. En outre, la masse du capteur a une influence sensible sur le résultat obtenu. Enfin, la nature de l'élément piézo-électrique aussi est importante.

C'est pourquoi la présente invention a pour objet un capteur piézo-électrique à base de céramique pour tuyau cylindrique caractérisé en ce qu'il comprend deux mâchoires rigides, articulées d'un côté, et comportant de l'autre côté un système de fermeture à couple de serrage constant et reproductible tel qu'un système à boucle et levier, et en ce qu'il est de faible masse.

La présente invention a notamment pour objet un capteur piézo-électrique comprenant deux demi-mâchoires de préférence semi-circulaires constituées chacune d'un support externe comprenant vers l'intérieur du capteur un élément piézoélectrique à base de céramique semi-tubulaire, les deux demi-mâchoires étant articulées d'un coté, et l'autre côté comprenant une fermeture du type à levier et boucle ressort, la boucle ressort étant réalisée en acier à ressort ou en métal analogue et le levier étant réalisé en matériau rigide, les mâchoires étant ainsi maintenues de manière ferme et rigide, et l'ensemble ayant une masse faible, notamment inférieure à 25 g et de préférence inférieure à 18 g.

L'élément piézo-électrique est une céramique ou équivalent, à l'exception des polymères piézo-électrique.

Par matériau "rigide", on entend un matériau indéformable compte tenu de la contrainte auquel il est soumis. Le fer ou de préférence l'acier notamment inoxydable est à cet égard bien adapté pour les pièces soumises à une contrainte importante comme les supports externes.

Les deux support s peuvent être constitués de coquilles de forme générale parallélépipédique comportant sur leur face interne un évidement semi-cylindrique dans lequel est installé une céramique piézo-électrique semi-tubulaire.

Dans un tel cas les coquilles, devant être légères, seront réalisées dans un métal rigide et léger tel que l'aluminium.

Du côté opposé à la fermeture, les coquilles seront articulées, par exemple selon deux axes, et reliées par une ou des pièces intermédiaires d'articulation, comme c'est le cas dans l'art antérieur.

Dans des conditions préférentielles de mise en oeuvre, les supports externes sont constitués d'une bande externe comportant un seul axe d'articulation, ladite bande étant réalisée en acier, de préférence en acier inoxydable ou dans un métal doté de propriétés de rigidité et solidité analogues.

Dans un tel cas, de préférence, la céramique piézo-électrique ne sera pas fixée directement sur la bande, mais grâce à une pièce semi tubulaire intermédiaire, rigide et dure. Cette pièce intermédiaire devant être légère pourra être réalisée en une matière plastique rigide et dure, mais sera de préférence réalisée en un métal doté de mêmes propriétés, par exemple en aluminium ; ainsi, il y aura continuité électrique et un courant pourra être capté à la périphérie du capteur sans nécessiter l'installation d'un conducteur entre la céramique et la bande externe par exemple.

Dans le capteur ci-dessus, l'articulation sera réalisée de préférence par une charnière obtenue à l'aide de replis cylindriques ménagés à l'extrémité des bandes, tournés vers l'extérieur, une bande comportant un repli central, l'autre comportant des replis latéraux, l'ensemble des replis étant axialement maintenu à l'aide d'une goupille, d'un rivet ou analogue. On peut utiliser un rivet fixant une cosse de manière rigide, ou flexible, en montant celle-ci sur ressort, ledit ressort étant coaxial, et externe au rivet.

On utilise avantageusement un rivet creux métallique, permettant ainsi l'installation par exemple d'une fiche banane.

Du côté de la fermeture, une bande comportera par exemple à son extrémité un repli tourné vers l'extérieur, et l'autre bande comportera le levier muni d'une boucle ressort réalisée en un métal élastique mais à mémoire de forme, de préférence en acier à ressort. Le levier est aussi réalisé en matériau rigide, de préférence en un métal tel que le fer, l'acier, ou l'acier inoxydable pour combiner rigidité maximale et poids minimum.

Ce genre de fermeture est bien connu, par exemple pour les chaussures de ski.

Ainsi, dans une variante de réalisation, c'est la boucle qui peut être directement solidaire l'une des bandes, et c'est alors le levier comportant une goupille qui s'engage dans un repli ouvert ménagé à l'extrémité de l'autre bande.

Dans des conditions préférentielles de mise en oeuvre, le levier comporte de préférence un dispositif de réglage du couple de serrage. Ce dispositif est avantageusement constitué d'une vis installée sensiblement perpendiculairement à la branche du levier et dont une extrémité repose sur la bande située du côté du levier. Classiquement, la vis peut être munie d'un contre-écrou pour bloquer le réglage de manière transitoire seulement, et donc changer celui-ci à volonté. L'installation de cales peut évidement jouer le même rôle.

Dans le cas de l'utilisation d'une pièce intermé diaire, celle-ci est par exemple insérée dans un profil en U du support, mais elle est de préférence fixée à ce dernier par collage, notamment à l'aide d'une colle à deux composants. On peut améliorer le coopération entre ces deux pièces en installant sur chaque mâchoire une ou plusieurs, par exemple deux vis par exemple de 2,5 x 5 mm pour fixer la pièce intermédiaire de manière plus solide au support. Ce montage a l'avantage d'améliorer la conduction électrique entre ces deux pièces.

De même, la céramique est fixée directement au support ou par une pièce intermédiaire par des même moyens.

Dans le cas d'une utilisation d'un profilé en U, il faut toutefois que les branches du U ne s'étendent pas vers l'intérieur du capteur au delà de la céramique ; ce profilé doit de préférence alors dépasser d'au moins 0,5 mm l'extrémité des branches du U, et notamment d'au moins 1 mm.

Les céramiques sont avantageusement munies d'un élément de protection mécanique, de forme complémentaire, donc semi-tubulaire. Celui-ci est de préférence réalisé en laiton et peut avoir un profil en U pour s'adapter à la largeur de la céramique et mieux coopérer avec celle-ci.

Les capteurs selon la présente invention sont dotés de remarquables qualités.

Ils peuvent être déplacés sur un même moteur, d'un tuyau d'injection à un autre, et ainsi permettre de comparer de manière fiable le réglage du tarage des injecteurs d'un moteur diesel.

On peut accorder plusieurs capteurs, en les installant sur le même tuyau, en réglant le couple de serrage à l'aide par exemple de la vis de réglage évoquée ci-dessus, de manière à obtenir le même signal pur les différents capteurs. En effet des céramiques du même fournisseur peuvent donner des mesures différentes, même si elles sont issues de mêmes séries de fabrication.

On peut donc ensuite de manière reproductible comparer des cylindres entre eux et des moteurs entre eux.

Les capteurs selon l'invention peuvent être utilisés en combinaison par exemple avec l'interface commercialisée par la société EGON (Vaison la Romaine - France) sous la référence JMC 169, permettant de mesurer l'avance à l'injection d'un moteur diesel, dotée d'une sortie analogique permettant par exemple de visualiser sur un oscilloscope l'image de la pression dans le tuyau sur lequel est fixé le capteur. On peut aussi relier l'appareil à un multimètre, ou à un crête-mètre.

La demanderesse s'est aussi rendue compte que de tels capteurs permettaient de réaliser des mesures impossible à réaliser, au moins de manière suffisamment précise, avec les capteurs de l'art antérieur.

Les capteurs ci-dessus, appelés aussi "pinces" permettent en effet notamment - Si l'on prend l'exemple du diagnostic d'un moteur diesel à quatre cylindres, en déplaçant la pince successivement sur les tuyaux d'injection et en comparant les quatre signaux obtenus, on peut dire que les hauteurs des signaux sont proportionnelles à la pression d'injection (tarage des injecteurs) et la surface sous la courbe est proportionnelle à la quantité injectée par chaque injecteur. On peut ainsi régler les pompes et les injections pour obtenir un moteur à l'injection réglée régulièrement dans les quatre cylindres.

- On peut sélectionner, par exemple en les installant sur les mêmes tuyaux, un certain nombre de capteurs donnant le même signal, et ensuite les installer sur différents tuyaux pour analyser le comportement d'injection, de manière séquentielle ou simultanément, et de même pour visualiser les résultats.

Ces derniers sont observés sous forme de courbes, de colonnes, de chiffres ou autres, en valeur absolue, en pourcentage, etc ...

La présente demande a donc aussi pour objet l'application d'un capteur ci dessus au diagnostic d'injection d'un moteur à cylindres multiples, ainsi qu'au réglage de l'injection d'un moteur à cylindres multiples.

Les capteurs peuvent aussi être utilisés par exemple pour compter les tours d'un moteur.

Ils peuvent exister pour différents diamètres de tuyaux, par exemple pour des diamètres allant de 4 à 15mm.

L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente une vue de face d'un capteur selon l'invention en position d'équilibre, installé lors du serrage, la figure 2 représente une vue de face d'un capteur à couple réglable par vis, en position fermée, la figure 3 représente une vue de profil d'un capteur de la figure 1 vu du côté du support 2, mais avec cosse de connexion électrique, et la figure 4 représente le résultat d'une mesure de pression dans un tuyau d'injection de moteur diesel visualisé sur oscilloscope en utilisant un capteur selon l'invention.

Sur la figure 1, on distingue les deux demimâchoires 1,1' constituées chacune d'un support 2,2' ici réalisé sous forme d'une bande en acier inoxydable. On distingue vers l'intérieur du capteur les deux céramiques 3,3' de forme semi tubulaire.

Les deux demi-mâchoires sont articulées du côté droit et comportent du côté gauche une fermeture du type à levier 4 et boucle ressort 5.

Les céramiques sont fixées sur leurs supports à l'aide de pièces semi tubulaires 6,6' intermédiaires, qui servent à conférer du volume au capteur en vue d'une bonne efficacité de la boucle ressort en écartant les extrémités des supports du coté de la fermeture. L'articulation est réalisée à l'aide de replis cylindriques 7 dont, en vue de face, on ne distingue qu'un sur les trois replis que comporte cette variante de réalisation. On distingue donc un des deux replis latéraux du support 1'. Le support 1' comporte un repli central caché par le repli latéral 7. L'ensemble des replis est solidarisé par une goupille creuse 8, dans laquelle peut être installée une fiche banane.

Du coté de la fermeture, la bande 1' comprend un repli 9' permettant l'accrochage et le décrochage de la boucle 5 tandis que la bande 1 comprend un repli (caché) emprisonnant le rivet 10 solidarisant le levier 4 au support 2.

Au niveau du point A, et de chaque côté, la boucle 5 traverse le levier 4 pour en être solidaire.

On observe que la boucle ressort 5 est dans cette réalisation pliée et arquée pour lui conférer des propriétés d'élasticité lors des ouvertures et fermetures.

Dans une variante, la boucle est fixée au support 2' aux niveaux des points désignés par C et A, et le support 2 comprend au niveau du point B un repli tel que celui représenté au niveau du point C. Lors de l'ouverture totale, le levier 4 et la boucle ressort 5 sont alors solidaires de la demi-mâchoire 1' et non 1 comme illustré sur la figure.

Dans la variante précitée, si les différents éléments 2, 6 , 3 , 11, et 2', 6', 3', 11' sont solidarisés par collage, ils peuvent aussi être fixés par emboîtage dans des profilés en U. Toutefois il est essentiel que les surfaces 12, 12' en contact avec un tuyau dépassent, vers l'intérieur, des bords d'un éventuel profilé en U.

Sur la figure 1, les points A, B, C étant alignés, on est en position d'ouverture-fermeture instable.

Les demi-mâchoires couvrent dans cette réalisation un angle de pratiquement 360" par rapport au centre du capteur ; cependant ces demi-mâchoires peuvent être "partielles" et représenter chacune par exemple un secteur de 90" seulement, dans la mesure où leur position et dimension sont symétriquement respectées.

La figure 2 est analogue à la figure 1, mais le capteur est en position fermée, les 3 points A, B, C n'étant plus alignés, et une vis de réglage 13 venant en butée contre le support 2. On observe qu'en position fermée, les surfaces 12,12' des capteurs venant en contact avec un tuyau 14 ne sont pas en contact, mais écartées d'un espace E pouvant aller de 0,2 à 3 mm par exemple, et de préférence de 0,2 à 1,5 mm. Le réglage de la vis 13, dont un éventuel contreécrou n'est pas représenté, détermine le couple de serrage du tuyau, par rotation dans le filetage dont est muni le levier 4. L'application d'une peinture vernis peut bloquer la vis en position préréglée si désiré.

Sur la figure 3 on distingue la bande support 2' maintenue contre la bande 2 grâce à l'action combinée du levier 4 et de la boucle ressort 5 qui est solidaire du levier 4 (en grande partie caché par le support 2' sur cette figure) et qui accroche le support 2' par l'intermédiaire du repli 9' que le support comporte à son extrémité située du côté de la fermeture. Dans la variante illustrée dans cette figure, la goupille 8 qui sert d'axe au support 2 et 2' peut glisser dans les replis latéraux 7 et le repli central 15, car la goupille 8 est plus large que les supports 2 et 2'.

Elle comporte également un ressort 16 situé entre une rondelle cuvette 17 et une rondelle plate 18, ainsi qu'une cosse 19 servant à établir une connexion électrique.

Par exemple, les dimensions d'un capteur prévu pour un tuyau de 6 mm de diamètre sont d'environ 5,7 mm de large pour des supports en inoxydable de 15 mm d'épaisseur, comportant des pièces semi-tubulaires de 3 mm d'épaisseur ainsi qu'une céramique piézoélectrique de 3,2 mm d'épaisseur protégé par une protection de 0,17 mm d'épaisseur, la longueur du levier étant de 28 mm environ, et la boucle étant réalisée en acier à ressort B1 de 1,8 mm de diamètre.

L'ensemble a une masse de 15 g environ. Pour réaliser les mesures sur des tuyaux de diamètre important, par exemple de 12 mm de diamètre et plus, bien qu'en diminuant l'épaisseur des pièces semi-tubulaires, ce poids peut être plus important, par exemple de l'ordre de 25 g.

La figure 4 représente une courbe visualisée à l'oscilloscope, sur laquelle la pression dans un tuyau est indiquée en abscisse et le temps en ordonnée. Le pic de la courbe B représente la pression de tarage correspondant à l'injection d'un cylindre donné.

On observe la bonne qualité de la courbe et notamment un excellent rapport signal sur bruit et la régularité de la courbe, reflet fidèle de la dilatation des tuyaux.

La surface sous la courbe est l'image de la quantité de liquide circulant dans le tuyau à chaque injection.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Capteur piézo-électrique à base de céramique pour tuyau cylindrique caractérisé en ce qu'il comprend deux demi-mâchoires rigides (1,1'), articulées d'un côté (7,8), et comportant de l'autre côté un système de fermeture à couple de serrage constant et reproductible tel qu'un système à boucle (5) et levier (4), et en ce qu'il est de faible masse.

2. Capteur piézo-électrique selon la revendication 1, comprenant deux demi-mâchoires (1,1') constituées chacune d'un support externe (2,2') comprenant vers l'intérieur du capteur un élément piézoélectrique (3,3') à base de céramique semi-tubulaire, les deux demi-mâchoires (1,1') étant articulées (7,8) d'un coté, et l'autre côté comprenant une fermeture du type à levier (4) et boucle ressort (5), la boucle ressort (5) étant réalisée en acier à ressort ou en métal analogue et le levier (4) étant réalisé en matériau rigide, les mâchoires étant ainsi maintenues de manière ferme et rigide, et l'ensemble ayant une masse faible.

3. Capteur piézo-électrique circulaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que les supports (2,2') externes sont constitués d'une bande externe comportant un seul axe d'articulation (7,8), ladite bande étant réalisée en acier ou dans un métal doté de propriétés de rigidité et solidité analogues.

4. Capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les céramiques piézo-électriques (3,3') sont fixées sur les supports externes (2,2') grâce à une pièce rigide semi-tubulaire intermédiaire (6,6').

5. Capteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la boucle (5) est réalisée en acier à ressort.

6. Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le levier (4) comprend un dispositif de réglage (13) du couple de serrage.

7. Application d'un capteur selon l'une des revendications 1 à 6, au diagnostic d'injection d'un moteur à cylindres multiples.

8. Application d'un capteur selon l'une des revendications 1 à 6, au réglage d'injection d'un moteur à cylindres multiples.