FR2759458A1 - Capteur accelerometrique de cliquetis et son procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
Il comprend a) une embase cylindrique (1) formée d'un fût axial (2) débordant d'un épaulement annulaire (3) , tous deux traversés par un trou axial (4) , b) une rondelle (6) en un matériau piézoélectrique passée sur le fût, c) des moyens de prélèvement (71 , 72 ) de la tension électrique existant entre deux faces radiales de ladite rondelle, d) une masse annulaire (9) également passée sur le fût (2) et e) un moyen d'arrêt coopérant avec l'épaulement annulaire (3) pour pincer entre eux ladite rondelle (6) et ladite masse (9) . Le moyen d'arrêt est constitué par un bourrelet (17) débordant radialement dudit fût (2) et formé de la matière d'une tranche prédéterminée de celui-ci, déformée sous effort axial d'écrasement de ladite embase (1) .
Description
La présente invention est relative à un capteur accélérométrique et, plus particulièrement, à un tel capteur sensible aux phénomènes de cliquetis susceptible d'affecter le fonctionnement d'un moteur à combustion interne.
On a représenté schématiquement en vue éclatée à la figure 1 du dessin annexé, un capteur de cliquetis connu de la technique antérieure, comprenant une embase métallique cylindrique 1 d'axe X formée d'un fût axial 2 débordant d'un épaulement annulaire 3, le fût et l'épaulement étant tous deux traversés par un trou axial 4, le capteur comprenant en outre une pluralité de rondelles passées sur le fût 2 et empilées sur l'épaulement 3. On trouve ainsi, à partir de cet épaulement et empilés dans cet ordre : une rondelle 5 en matériau électriquement isolant, une rondelle 6 en un matériau piézoélectrique et ses électrodes 71, 7 accolées chacune à une de ses faces d'extrémité espacées axialement, une deuxième rondelle isolante 8, une rondelle de masse 9, une rondelle élastique 10 et un écrou métallique 11 vissé sur un filetage 12 formé sur le fût 2, l'écrou serrant l'ensemble des rondelles énumérées ci-dessus contre l'épaulement 3 de l'embase.
Le capteur décrit ci-dessus peut être fixé sur un moteur à combustion interne à l'aide d'un boulon passant dans le trou axial 4. On sait qu'un tel capteur est sensible à des efforts subis par le moteur suivant l'axe
X, tels que des vibrations dues au phénomène de cliquetis, et délivre entre les électrodes 7,, 7 un signal électrique représentatif de ces efforts, le signal résultant de la pression exercée par la masse 9, accélérée par lesdits efforts, sur la rondelle 6 en matériau piézoélectrique. On sait aussi qu'à la détection d'un cliquetis dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, le calculateur commandant le fonctionnement du moteur réagit en réduisant l'angle d'avance à l'allumage pour tenter de faire disparaître ce cliquetis, qui pourrait être autrement responsable, à la longue, d'une dégradation mécanique du moteur.
X, tels que des vibrations dues au phénomène de cliquetis, et délivre entre les électrodes 7,, 7 un signal électrique représentatif de ces efforts, le signal résultant de la pression exercée par la masse 9, accélérée par lesdits efforts, sur la rondelle 6 en matériau piézoélectrique. On sait aussi qu'à la détection d'un cliquetis dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, le calculateur commandant le fonctionnement du moteur réagit en réduisant l'angle d'avance à l'allumage pour tenter de faire disparaître ce cliquetis, qui pourrait être autrement responsable, à la longue, d'une dégradation mécanique du moteur.
L'utilisation d'un écrou pour maintenir les diverses rondelles du capteur sur le fût de l'embase présente divers inconvénients. D'une part, le serrage de l'écrou impose l'utilisation d'une tête de serrage dynamométrique pour établir une précontrainte prédéterminée de la rondelle piézoélectrique. Dans le cadre d'une fabrication en série d'un tel capteur, la contrainte ainsi établie peut varier avec l'usure de la tête et avec des variations des géométries du taraudage de l'écrou ou du filetage du fût, qui peuvent notamment être faussées par des chocs. D'autre part, des copeaux métalliques peuvent se former pendant l'usinage du filetage et/ou du taraudage. Lors du montage du capteur, un copeau 14 ainsi formé, retenu dans le filetage du fût ou dans le taraudage de l'écrou, peut se détacher et s'insérer entre les électrodes 7!, 7 de la rondelle piézoélectrique 6, en établissant ainsi un court-circuit de ces électrodes, qui rend le capteur inutilisable.
L'utilisation d'un écrou dans un tel capteur présente en outre les inconvénients d'être coûteux et de compliquer l'automatisation de l'assemblage du capteur.
On connaît du brevet allemand n" 195 24 152 un capteur de cliquetis dans lequel les diverses rondelles ne sont pas retenues par un écrou mais par cinq pattes formées par des poinçons attaquant la surface extérieure du fût métallique pour en arracher la matière de ces pattes et la repousser à l'extérieur au-dessus de la rondelle élastique 10, dont la position axiale sur le fût est ainsi fixée.
Cette solution présente cependant les inconvénients suivants. D'une part, une tel poinçonnage peut être générateur de copeaux métalliques, et donc des courtscircuits évoqués ci-dessus. D'autre part, dans le cadre d'une fabrication en série, la précontrainte de la rondelle piézoélectrique peut varier avec des variations des efforts de poinçonnage, fonction de l'état du tranchant des poinçons, de leur affûtage, etc., etc.
La présente invention a pour but de réaliser un capteur accélérométrique, notamment de cliquetis, qui soit protégé des défauts de court-circuit évoqués cidessus, et qui présente un réglage précis de la précontrainte appliquée à la rondelle piézoélectrique, ce réglage étant assuré d'une bonne répétitivité dans le cadre d'une fabrication en série.
La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel capteur qui soit de fabrication peu coûteuse.
La présente invention a encore pour but de fournir un procédé de fabrication d'un tel capteur.
On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un capteur accélérométrique comprenant a) une embase cylindrique formée d'un fût axial débordant d'un épaulement annulaire, tous deux traversés par un trou axial, b) une rondelle en un matériau piézoélectrique passée sur le fût, c) des moyens de prélèvement de la tension électrique existant entre deux faces espacées axialement de ladite rondelle, d) une masse annulaire également passée sur le fût et e) un moyen d'arrêt coopérant avec l'épaulement annulaire pour pincer entre eux ladite rondelle et ladite masse. Suivant l'invention, le moyen d'arrêt est constitué par un bourrelet débordant radialement dudit fût et formé de la matière d'une tranche prédéterminée de celui-ci, déformée sous effort axial d'écrasement de ladite embase.
Comme on le verra plus loin, la formation de ce bourrelet n'engendre aucun copeau métallique susceptible d'établir un court-circuit dans le capteur. En outre, la position de ce bourrelet peut être précisément déterminée, ce qui permet de régler avec précision la précontrainte de la rondelle piézoélectrique.
La présente invention fournit aussi un procédé de fabrication d'un tel capteur, suivant lequel on empile sur l'épaulement de l'embase, autour de son fût, la rondelle en matériau piézoélectrique et la masse annulaire, ce procédé étant remarquable en ce qu'on applique à l'embase, entre ces deux extrémités, un effort axial d'écrasement propre à provoquer l'expansion radiale d'une tranche dudit fût sous la forme d'un bourrelet d'arrêt des pièces empilées.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel
- la figure 1 est un schéma d'un capteur de cliquetis de la technique antérieure, décrit en préambule de la présente description,
- les figures 2 et 3 illustrent le procédé de fabrication suivant l'invention d'un mode de réalisation du capteur suivant l'invention,
- les figures 4 et 5 représentent des variantes de l'embase du capteur des figures 2 et 3, et
- les figures 6 et 7 illustrent une variante du procédé de fabrication illustré par les figures 2 et 3.
- la figure 1 est un schéma d'un capteur de cliquetis de la technique antérieure, décrit en préambule de la présente description,
- les figures 2 et 3 illustrent le procédé de fabrication suivant l'invention d'un mode de réalisation du capteur suivant l'invention,
- les figures 4 et 5 représentent des variantes de l'embase du capteur des figures 2 et 3, et
- les figures 6 et 7 illustrent une variante du procédé de fabrication illustré par les figures 2 et 3.
On se réfère à la figure 2 du dessin annexé où l'on a représenté l'ensemble des pièces d'un mode de réalisation du capteur suivant 1 invention, avant la formation du bourrelet constituant le moyen d'arrêt évoqué ci-dessus. Sur cette figure et les suivantes, des références numériques identiques à celles utilisées sur la figure 1 représentent des organes ou éléments identiques ou analogues.
C'est ainsi qu'on retrouve sur la figure 2 l'embase 1, son fût 2 et son épaulement 3, les rondelles isolantes 5 et 8, la rondelle piézoélectrique 6 et ses électrodes 7,, 7,, et la masse 9. On remarquera l'absence de la rondelle élastique 10, bien que la présence de celle-ci soit optionnelle, comme on le verra plus loin.
La figure 2 représente le capteur suivant l'invention, dans l'étape de sa fabrication qui précède immédiatement la formation du moyen d'arrêt nécessaire à l'assemblage des diverses rondelles empilées sur l'épaulement 3 du fût 1. Celui-ci présente alors une surface extérieure sensiblement cylindrique de révolution.
Suivant la présente invention, une tranche 21 de ce fût est évidée intérieurement de manière à amincir localement la paroi du fût, qui présente une épaisseur minimale dans un plan P perpendiculaire à l'axe X, la distance D de ce plan P à l'épaulement 3 étant prédéterminée et fixée avec précision pour un but expliqué ci-dessous. De préférence, le plan P constitue un plan de symétrie pour la tranche 21.
Pour fabriquer le capteur suivant l'invention, on passe autour du fût les diverses pièces 5, 6, 71, 7-, 8 et 9 décrites ci-dessus de manière qu'elles s'empilent sur l'épaulement 3 de l'embase 1. Comme représenté à la figure 2, l'embase étant posée sur une surface d'appui 15, on applique à cette embase un effort F d'écrasement suivant l'axe X, à l'aide d'un outil 16 de bouterolleuse, par exemple.
L'effort F appliqué est ajusté en fonction de la résistance mécanique du fût 2, réalisé de préférence en un métal susceptible de fluer localement sous cet effort, et de l'épaisseur du fût dans le plan P où cette épaisseur est minimale.
En effet, cette épaisseur minimale définit dans ce plan une ligne de faiblesse du fût. En ajustant l'effort
F appliqué pour que la limite élastique du métal du fût soit dépassée au moins au niveau du plan P, et seulement dans la tranche 21 du fût, on est assuré que celle-ci s'effondre sous l'effort appliqué. Cet effondrement provoque une expansion radiale de la matière de la tranche, sous la forme du bourrelet 17 représenté à la figure 3 qui schématise la géométrie du capteur terminé.
F appliqué pour que la limite élastique du métal du fût soit dépassée au moins au niveau du plan P, et seulement dans la tranche 21 du fût, on est assuré que celle-ci s'effondre sous l'effort appliqué. Cet effondrement provoque une expansion radiale de la matière de la tranche, sous la forme du bourrelet 17 représenté à la figure 3 qui schématise la géométrie du capteur terminé.
Il apparaît sur la figure 3 que des parties de la tranche 2 du fût, situées de part et d'autre du plan P de la ligne de faiblesse, viennent en butée l'une contre l'autre dans un plan P' sensiblement perpendiculaire à l'axe X. En ajustant convenablement le module de l'effort
F et le temps d'application de cet effort, on comprend que la position de ce plan P' peut être réglée avec précision, la mise en butée précitée, combinée avec l'appui du bourrelet 17 sur la masse 9, accroissant brusquement la résistance du fût qui s'oppose alors à tout fléchissement supplémentaire. La précontrainte de la rondelle piézoélectrique passée avec les autres pièces sur le fût 2, entre l'épaulement 3 et le bourrelet 17, est alors réglée avec précision.
F et le temps d'application de cet effort, on comprend que la position de ce plan P' peut être réglée avec précision, la mise en butée précitée, combinée avec l'appui du bourrelet 17 sur la masse 9, accroissant brusquement la résistance du fût qui s'oppose alors à tout fléchissement supplémentaire. La précontrainte de la rondelle piézoélectrique passée avec les autres pièces sur le fût 2, entre l'épaulement 3 et le bourrelet 17, est alors réglée avec précision.
A cet égard, on remarquera qu'on pourra améliorer encore cette précision en utilisant la tension électrique qui apparaît entre les électrodes 71, 7 pendant l'application de l'effort F, pour commander la suppression de cet effort quand un niveau de tension prédéterminée est atteint, ce niveau étant représentatif de celui de la précontrainte exercée sur la rondelle piézoélectrique 6 placée entre l'épaulement 3 et le bourrelet 17.
On remarquera en outre que la formation du bourrelet 17 n'est génératrice d'aucun copeau susceptible de créer ultérieurement des courts-circuits entre les électrodes 7 , 7. Dans le cadre d'une fabrication en série, la présente invention diminue ainsi fortement le taux de malfaçon, déjà amélioré par la bonne répétitivité du réglage de la précontrainte que l'on peut obtenir par les moyens décrits ci-dessus.
On a représenté aux figures 4 et 5 des variantes possibles de la forme de la tranche 21 du fût de l'embase, propres à permettre la formation d'un bourrelet sous écrasement axial de cette embase. A la figure 4, la tranche 22 présente une section axiale à profil évolutif qui supprime les angles vifs de celle de la tranche 21 de la figure 1, ce profil évolutif étant présent aussi bien sur la paroi intérieure que sur la paroi extérieure du fût. A la figure 5, la tranche 23 présente un profil axial droit sur la paroi extérieure du fût et un profil évolutif sur la paroi intérieure, conforme à celui de la tranche 2; de la figure 4.
On a représenté en outre, à la figure 5, des lumières axiales 181, 18;, etc... également distribuées circonférentiellement dans la tranche 2 3. On comprend que chacune de ces lumières crée une zone de faiblesse dans le fût 2 autour de sa partie centrale, zone qui permet l'effondrement de la tranche 21 sous écrasement axial. On comprend aussi que les lumières 18l peuvent être utilisées seules, dans une tranche de fût à paroi d'épaisseur constante, ou en combinaison avec une paroi à profil évolutif comme représenté à la figure 5, pour créer la zone de faiblesse nécessaire à l'effondrement de la tranche dans laquelle elles sont percées.
I1 est clair que les bourrelets créés à l'aide des fûts conformes à ceux représentés aux figures 2 et 4 ont une forme annulaire continue alors que celui créé avec le fût de la figure 5 est discontinu, du fait de la présence des lumières.
A la figure 6, l'embase 1 représentée comprend un fût à paroi d'épaisseur constante, présentant une tranche d'extrémité 21 qui déborde du sommet de la pile des pièces enfilées sur ce fût.
Suivant l'invention, on constitue un bourrelet d'arrêt de la pile des pièces 5, 6, 7,,7,, 8 et 9 en rabattant cette tranche 24 sur cette pile, comme représenté à la figure 7, à l'aide d'un poinçon 19 présentant à son extrémité une gorge annulaire 19a dont le diamètre intérieur est légèrement inférieur à celui du trou axial traversant l'embase 1. Lors de la pénétration du poinçon 19 dans ce trou, la tranche 24 est refoulée progressivement vers l'extérieur du trou par la gorge 19a du poinçon, jusqu'à l'étalement de la matière de cette tranche sur la masse 9 sous la forme d'un bourrelet 20 de sertissage des pièces enfilées sur le fût, entre lui-même et l'épaulement 3.
On remarquera que ce mode de réalisation du capteur suivant l'invention est économique du fait de la simplicité de la géométrie du fût 2 de l'embase 1.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. C'est ainsi que les capteurs des figures 3 et 7 pourraient être équipés d'une rondelle élastique telle que la rondelle 10 du capteur de la figure 1, sans que l'on sorte du cadre de l'invention.
On remarquera cependant que la précision des moyens de réglage de la précontrainte de la rondelle piézoélectrique proposés par la présente invention permet de se passer éventuellement de cette rondelle.
Claims (13)
1. Capteur accélérométrique comprenant a) une embase cylindrique (1) formée d'un fût axial (2) débordant d'un épaulement annulaire (3), tous deux traversés par un trou axial (4), b) une rondelle (6) en un matériau piézoélectrique passée sur le fût, c) des moyens de prélèvement (7,,7/) de la tension électrique existant entre deux faces radiales de ladite rondelle, d) une masse annulaire (9) également passée sur le fût (2) et e) un moyen d'arrêt coopérant avec l'épaulement annulaire (3) pour pincer entre eux ladite rondelle (6) et ladite masse (9), caractérisé en ce que ledit moyen d'arrêt est constitué par un bourrelet (17;20) débordant radialement dudit fût (2) et formé de la matière d'une tranche (2i) prédéterminée de celui-ci, déformée sous effort axial d'écrasement de ladite embase (1).
2. Capteur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le bourrelet (17) est formé dans une tranche (21;2;21) à paroi amincie du fût (2).
3. Capteur conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bourrelet est formé dans une tranche (23) du fût percée de lumières (18l).
4. Capteur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi du fût (2) de l'embase (1) est d'épaisseur sensiblement constante et en ce que la tranche (24) dudit fût qui constitue ledit bourrelet (20) est située à l'extrémité du fût opposée à celle qui est solidaire dudit épaulement annulaire (3), ladite rondelle (6) en matériau piézoélectrique et ladite masse (9) étant serties ensemble entre ledit bourrelet (20) et ledit épaulement (3).
5. Capteur conforme à l'une quelconque des revendications 1, 2 et 4, caractérisé en ce que ledit bourrelet (li;20) présente une forme annulaire continue.
6. Capteur conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ledit bourrelet présente une forme annulaire discontinue.
7. Procédé de fabrication du capteur conforme à la revendication 1, suivant lequel on empile sur l'épaulement (3) de l'embase (1), autour de son fût (2), la rondelle en matériau piézoélectrique et la masse annulaire (9), caractérisé en ce qu'on applique à l'embase, entre ses deux extrémités, un effort axial d'écrasement propre à provoquer l'expansion radiale d'une tranche (2i) dudit fût sous la forme d'un bourrelet (17;20) d'arrêt des pièces empilées.
8. Procédé conforme à la revendication 7, caractérisé en ce qu'on utilise un fût présentant une zone de faiblesse de position axiale prédéterminée dans ladite tranche (2i).
9. Procédé conforme à la revendication 8, caractérisé en ce qu'on utilise une embase (1) dont le fût (2) est aminci dans ladite tranche (2;;2;;2)
10. Procédé conforme à la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'on utilise une embase (1) dont le fût
(2) est percé de lumières (181) dans ladite tranche (23).
11. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'on applique ledit effort axial avec une bouterolleuse.
12. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'on applique ledit effort axial avec un poinçon (19) profilé pour rabattre ladite tranche (2;1) du fût sur ladite pile de pièces.
13. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce qu'on supprime l'application de l'effort axial sous la commande du signal de tension électrique émis par le capteur pendant ladite application.
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