FR2858056A1 - Device and method for measuring the quantity of air present in a hydraulic control oil held in a box - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un dispositif et un procédé de mesure de la quantitéThe invention relates to a device and a method for measuring the quantity
d'airair
dans une huile hydraulique de commande pour organe tournant, en particulier pour boîte de vitesses robotisée ou automatique. in a hydraulic control gear for a rotating member, in particular for a robotised or automatic gearbox.
Dans les dispositifs mécaniques à commande hydraulique, I'organe tournant est lubrifié par l'huile utilisée à la commande. Or cette lubrification de l'organe et son retour au réservoir, le carter inférieur par exemple, provoque son émulsion qui affecte la dynamique hydraulique de la commande de l'organe ainsi que ses qualités lubrifiantes. In mechanical devices with hydraulic control, the rotating member is lubricated by the oil used when ordering. Now this lubrication of the body and its return to the tank, the lower case for example, causes its emulsion which affects the hydraulic dynamics of the control of the organ as well as its lubricating qualities.
Le puisage de l'huile pour générer l'énergie du pilotage de l'organe tournant s'effectue 10 en un point où l'huile n'est pas toujours correctement désaérée, malgré les précautions prises pour laisser l'huile au repos. Ce problème pourrait être pallié efficacement en augmentant suffisamment les volumes d'huile et/ou en créant des zones de repos, sans perturbations. The drawing of the oil to generate the energy of the steering of the rotating member takes place at a point where the oil is not always properly deaerated, despite the precautions taken to leave the oil at rest. This problem could be remedied effectively by increasing oil volumes sufficiently and / or by creating rest zones without disturbances.
Il est donc parfois nécessaire de mesurer la quantité d'air présente dans une huile hydraulique dans le but de s'assurer qu'il n'y aura pas d'impact sur le dispositif de contrôle hydraulique. Les dispositifs de commande tolèrent un faible taux d'air de l'ordre de 2 à 3% maximum. It is therefore sometimes necessary to measure the amount of air present in a hydraulic oil in order to ensure that there will be no impact on the hydraulic control device. The control devices tolerate a low air level of the order of 2 to 3% maximum.
Actuellement, cette mesure est effectuée sur un prélèvement réalisé en cours de fonctionnement de l'organe, après mise au repos dans une éprouvette. L'écart de volume d'huile constaté dans l'éprouvette, après mise au repos et stabilisation de l'huile, est dû à deux facteurs: la désaération et le retrait volumique de l'huile dont la température a baissé. Currently, this measurement is performed on a sample taken during operation of the organ, after being placed in a test tube. The difference in the volume of oil found in the test piece, after quenching and stabilization of the oil, is due to two factors: the deaeration and the volume shrinkage of the oil whose temperature has dropped.
La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif actuel de prélèvement d'une huile hydraulique utilisée dans une boîte de vitesse 1, entraînée par un moteur électrique 2 par exemple, ou dans un moteur thermique. Le prélèvement d'huile s'effectue sur le circuit sous pression de l'organe à évaluer, à l'aide d'un tuyau 3 30 muni d'un robinet 4, tuyau en caoutchouc par exemple, aboutissant au sommet d'une éprouvette 5 simple graduée, destinée à être remplie d'huile. Figure 1 is a schematic representation of a current device for sampling a hydraulic oil used in a gearbox 1, driven by an electric motor 2 for example, or in a heat engine. The oil is taken from the circuit under pressure of the organ to be evaluated, using a pipe 3 provided with a valve 4, rubber pipe for example, ending at the top of a test tube 5 simple graduated, intended to be filled with oil.
Le taux d'air présent dans le volume d'huile prélevé est calculé selon la formule suivante: Ti0 Vf(1+ATXCdil) Vi dans laquelle Vi est le volume initial d'huile prélevé à une température donnée; Vf est le volume final après désaération de l'huile; AT est la différence de température entre le début du prélèvement et la stabilisation de l'huile; Cdil est le coefficient de dilatation volumique de l'huile. The amount of air present in the volume of oil removed is calculated according to the following formula: Ti0 Vf (1 + ATXCdil) Vi in which Vi is the initial volume of oil taken at a given temperature; Vf is the final volume after deaeration of the oil; AT is the temperature difference between the start of sampling and the stabilization of the oil; Cdil is the coefficient of volume expansion of the oil.
Le procédé de prélèvement d'un échantillon d'huile présente dans une boîte de 10 vitesse automatique, nécessite une phase de repos de l'huile pendant laquelle la température de l'huile baisse, ce qui diminue son volume, et sa désaération se produit par le haut de l'éprouvette à l'air libre. La perte de volume d'huile dans l'éprouvette, liée à l'abaissement de sa température, est prise en compte dans la formule énoncée. The method of sampling an oil sample in an automatic gearbox requires a resting phase of the oil during which the temperature of the oil drops, which decreases its volume, and its deaeration occurs. from the top of the test tube to the open air. The loss of oil volume in the test tube, related to the lowering of its temperature, is taken into account in the formula stated.
Le prélèvement effectué à partir de ce dispositif présente une forte incertitude de mesure, en raison notamment d'une désaération de l'huile pendant le prélèvement par le haut de l'éprouvette à l'air libre, et du niveau de l'huile difficile à évaluer quand celle-ci est très chargée en air, à cause de la présence de mousse 6. De plus, I'huile tombant dans l'éprouvette par le haut peut générer un brassage qui augmente la 20 formation d'une mousse due aux molécules d'air et fausse ainsi le résultat du prélèvement, destiné à évaluer le taux d'air dans l'huile présente autour de l'organe tournant. Il est donc nécessaire de minimiser le phénomène de désaération de l'huile en réduisant son contact avec l'air environnant lors du prélèvement et de supprimer tout moussage supplémentaire. The sample taken from this device has a high measurement uncertainty, in particular due to a deaeration of the oil during the sampling from the top of the specimen in the open air, and the difficult oil level. to evaluate when it is very charged with air, because of the presence of foam 6. Moreover, the oil falling into the test tube from above can generate a stirring which increases the formation of a foam due to air molecules and thus distorts the result of the sampling, intended to assess the rate of air in the oil present around the rotating member. It is therefore necessary to minimize the phenomenon of deaeration of the oil by reducing its contact with the surrounding air during sampling and to remove any additional foaming.
Le but de la présente invention est de pallier ces différents inconvénients en proposant une mesure de la quantité d'air qui soit fiable et répétitive, non entachée par le mode opératoire. The object of the present invention is to overcome these various disadvantages by providing a measurement of the amount of air that is reliable and repetitive, not tainted by the procedure.
Pour cela, un premier objet de l'invention est un dispositif de mesure de la quantité d'air présente dans une huile hydraulique de commande baignant dans un carter, comprenant une éprouvette verticale graduée et transparente, caractérisé en ce que ladite éprouvette d'une part comporte un orifice de remplissage disposé radialement au niveau de sa base et équipé d'un robinet calibré, et un piston de masse volumique inférieure à celle de l'huile à prélever, dont le jeu de coulissement autorise le passage de l'air vers le haut de l'éprouvette, et d'autre part est reliée par son robinet d'entrée au point de prélèvement de l'huile sous pression, situé à la sortie de la prise 5 de pression de ligne, au moyen d'une canalisation de liaison comportant des moyens de purge et en ce qu'il comporte également des moyens de mesure de la température de l'huile dans l'éprouvette. For this, a first object of the invention is a device for measuring the amount of air present in a control hydraulic oil immersed in a housing, comprising a vertical graduated and transparent test tube, characterized in that said test piece of a part comprises a filling orifice arranged radially at its base and equipped with a calibrated valve, and a piston of density lower than that of the oil to be taken, whose sliding clearance allows the passage of air to the top of the test piece, and secondly is connected by its inlet valve to the point of sampling of the pressurized oil, located at the outlet of the line pressure tap 5, by means of a pipe linkage comprising purge means and in that it also comprises means for measuring the temperature of the oil in the specimen.
Ces moyens de purge sont notamment réalisés par un circuit de purge by10 pass qui relie la canalisation de liaison entre le carter et l'éprouvette à ce même carter, un robinet étant placé près du point de prélèvement de l'huile et un autre robinet étant placé dans le circuit de purge, l'ouverture desdits trois robinets du dispositif de mesure étant repérée pour obtenir la même pression en tout point. These purge means are in particular made by a bypass purge circuit which connects the connecting pipe between the housing and the specimen to the same housing, a valve being placed near the point of sampling of the oil and another valve being placed in the purge circuit, the opening of said three valves of the measuring device being identified to obtain the same pressure in all points.
Un second objet de l'invention est un procédé de mesure de la quantité d'air présente dans une huile hydraulique de commande mis en oeuvre par le dispositif, caractérisé en ce qu'il comporte une première phase de prélèvement de l'huile à partir du carter comprenant les étapes suivantes: * pré-remplissage du fond de l'éprouvette jusqu'au niveau supérieur de l'orifice de remplissage de l'éprouvette par de l'huile sans air et positionnement du piston flottant au-dessus de l'huile; * fermeture des moyens de purge placés le long de la canalisation raccordant le point de prélèvement de l'huile à l'éprouvette; 25 * purge de ladite canalisation avec retour au carter alors que le robinet d'entrée de l'éprouvette est maintenu fermé; * prélèvement d'huile et ouverture calibrée du robinet d'entrée de l'éprouvette pour un remplissage par le bas sans désaération grâce au piston flotteur et sans brassage; * fermeture du robinet d'entrée puis fermeture des moyens de purge de la canalisation en fin de prélèvement; * mesure simultanée de la température de l'huile prélevée et de son volume initial par repérage de la position du piston dans l'éprouvette; et une seconde phase de stabilisation par désaération de l'huile par l'intermédiaire du jeu de coulissement du piston, comprenant les étapes suivantes: * mesure de la température de l'huile désaérée; * mesure du volume final stabilisé d'huile dans l'éprouvette par repérage de la position stabilisée du piston; * calcul de la quantité d'air présente dans l'huile à partir des mesures 5 du volume initial d'huile prélevée et de son volume final stabilisé, ledit volume final étant augmenté du retrait volumique de l'air lié au refroidissement de l'huile pendant cette phase de stabilisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de 10 la description d'un exemple de réalisation du dispositif de mesure, illustrée par la figure 2 qui en est une représentation schématique. A second object of the invention is a method for measuring the amount of air present in a hydraulic control oil used by the device, characterized in that it comprises a first phase of sampling the oil from of the casing comprising the following steps: * pre-filling of the bottom of the specimen to the upper level of the filling opening of the specimen with oil without air and positioning of the floating piston above the oil; closing of the purge means placed along the pipe connecting the sampling point of the oil to the test piece; 25 * bleeding of said pipe with return to the housing while the inlet valve of the test piece is kept closed; * oil withdrawal and calibrated opening of the sample inlet valve for bottom filling without deaeration through the float piston and without mixing; * closing the inlet valve and closing the purge means of the pipe at the end of sampling; simultaneous measurement of the temperature of the sampled oil and its initial volume by locating the position of the piston in the test piece; and a second phase of stabilization by deaeration of the oil through the sliding play of the piston, comprising the following steps: * measuring the temperature of the deaerated oil; * measurement of the final stabilized volume of oil in the test tube by locating the stabilized position of the piston; * calculation of the amount of air present in the oil from the measurements of the initial volume of oil taken and its stabilized final volume, said final volume being increased by the volume shrinkage of the air associated with the cooling of the oil during this stabilization phase. Other features and advantages of the invention will become apparent on reading the description of an exemplary embodiment of the measuring device, illustrated in FIG. 2 which is a schematic representation thereof.
Pour prélever un échantillon d'huile hydraulique utilisée dans une boîte de vitesse 10, entraînée par un moteur électrique 11 par exemple, le dispositif selon 15 I'invention comprend une éprouvette 12 graduée, avantageusement transparente pour voir la couleur de l'huile et la présence d'air, disposée verticalement et comprenant un orifice de remplissage 13 radial, au voisinage de sa base 14, doté d'un robinet 15. To take a sample of hydraulic oil used in a gearbox 10, driven by an electric motor 11 for example, the device according to the invention comprises a graduated test piece 12, advantageously transparent to see the color of the oil and the presence of air, arranged vertically and comprising a radial filling orifice 13, in the vicinity of its base 14, provided with a tap 15.
Avant tout prélèvement, le fond de l'éprouvette doit être pré-rempli d'huile sans air jusqu'au niveau supérieur de l'orifice de remplissage. Particulièrement nécessaire pour 20 les prélèvements à moussage élevé, un piston 16, en matériau plus léger que l'huile, est placé au fond de l'éprouvette, au-dessus de l'huile de pré-remplissage, avec un jeu de coulissement dans l'éprouvette qui autorise le passage de l'air vers le haut de l'éprouvette. Le piston 16 non hermétique permet de visualiser le niveau de l'huile dans l'éprouvette, par sa position vis-à-vis des graduations 17. 25 L'éprouvette 12 est reliée au circuit sous pression d'huile à prélever par une canalisation 18 reliant le point de prélèvement 19 à l'orifice de remplissage 13, qui doit être calibrée au plus près de l'éprouvette et comporter des moyens de purge. Le point de prélèvement est en particulier l'orifice de prise de pression de ligne du carter. Les 30 moyens de purge sont par exemple réalisés par un circuit 20 de purge by-pass , assurant la purge de la canalisation par retour de l'huile dans le carter, avant le remplissage de l'éprouvette. Before sampling, the bottom of the specimen must be pre-filled with airless oil to the upper level of the filling port. Particularly necessary for high foaming samples, a piston 16, made of material lighter than oil, is placed at the bottom of the test piece, above the pre-filling oil, with sliding play in the specimen that allows the passage of air to the top of the specimen. The non-hermetic piston 16 makes it possible to visualize the level of the oil in the test piece, by its position vis-à-vis the graduations 17. The test-piece 12 is connected to the circuit under oil pressure to be taken by a pipe 18 connecting the sampling point 19 to the filling port 13, which must be calibrated closer to the test piece and comprise purge means. The sampling point is in particular the crankcase pressure takeoff port. The purge means are for example made by a bypass purge circuit 20, purging the pipe by returning the oil into the housing, before filling the specimen.
Le calibrage du robinet 15 peut être obtenu par un dispositif 21 adéquat disposé 35 sur la canalisation de liaison 18, destiné à fixer la durée du prélèvement, par exemple à secondes. Calibration of the valve 15 can be obtained by a suitable device 21 disposed on the connecting pipe 18, intended to set the duration of the sampling, for example to seconds.
Pour assurer sa purge, la canalisation de liaison 18 comporte également un robinet 22 placé près du point de prélèvement 19 et un autre robinet dans le circuit 20 de purge, l'ouverture de ces trois robinets de la canalisation 18 étant repérée afin d'obtenir la même pression en tout point de ladite canalisation. To ensure its purge, the connecting pipe 18 also comprises a valve 22 placed near the sampling point 19 and another valve in the purge circuit 20, the opening of these three valves of the pipe 18 being located in order to obtain the same pressure at all points of the pipe.
Pour vérifier l'absence d'air dans la canalisation 18, avant d'effectuer un prélèvement, celle-ci sera avantageusement réalisée en matériau transparent, du To check the absence of air in the pipe 18, before taking a sample, it will advantageously be made of transparent material, from
Rilsan par exemple.Rilsan for example.
Pour repérer avec précision la quantité d'huile à laisser au fond de l'éprouvette 12, de telle sorte que l'huile prélevée, en provenance de l'organe mécanique, ne mousse pas au contact de l'air qui serait présent au fond, le piston 16 repose à une certaine hauteur du fond au-dessus de l'orifice de remplissage 13, grâce à des appuis 15 24, au nombre de trois par exemple. La quantité d'huile de pré-remplissage est ainsi définie par la position P0 au repos du piston dans l'éprouvette 12. To accurately locate the amount of oil to be left at the bottom of the test piece 12, so that the oil taken from the mechanical member does not foam in contact with the air that would be present at the bottom , the piston 16 rests at a certain height from the bottom above the filling orifice 13, with supports 24 24, three in number for example. The quantity of pre-filling oil is thus defined by the position P0 at rest of the piston in the test tube 12.
Un capteur 25 de température, par exemple placé au niveau du robinet 13, mesure la température de l'huile prélevée. A temperature sensor 25, for example placed at the tap 13, measures the temperature of the sampled oil.
Le procédé de mesure de la quantité d'air présente dans l'huile hydraulique d'un organe mécanique comporte une première phase de prélèvement suivie d'une phase de stabilisation. The method for measuring the amount of air present in the hydraulic oil of a mechanical member comprises a first sampling phase followed by a stabilization phase.
La phase de prélèvement de l'huile à partir de la prise de pression de ligne comprend, après une étape de pré-remplissage du fond de l'éprouvette par de l'huile sans air, jusqu'au-dessus du niveau supérieur de l'orifice d'entrée 13, une étape de fermeture du robinet 15 de l'éprouvette 12, de celui 22 de la canalisation 18 et de celui 23 des moyens de purge, soit des trois robinets du dispositif. Cette fermeture est suivie 30 d'une étape de purge de ladite canalisation 18 par l'ouverture successive du robinet 22 situé près du point de prélèvement 19 de l'huile, puis de celle du robinet 23 du circuit de retour 20, alors que le robinet 15 de l'éprouvette est maintenu fermé. Ainsi est réalisée une circulation d'huile juste avant l'arrivée dans le bas de l'éprouvette pour ôter l'huile qui stagne entre la sortie de la prise de pression de ligne et l'éprouvette. The phase of sampling the oil from the line pressure tap comprises, after a step of pre-filling the bottom of the test piece with oil without air, up to the upper level of the upper inlet port 13, a closing step of the valve 15 of the specimen 12, that 22 of the pipe 18 and that 23 of the purge means, or the three valves of the device. This closure is followed by a purge step of said pipe 18 by the successive opening of the valve 22 located near the sampling point 19 of the oil, then that of the valve 23 of the return circuit 20, while the valve 15 of the specimen is kept closed. Thus an oil circulation is made just before the arrival at the bottom of the test piece to remove the oil which stagnates between the outlet of the line pressure test and the test piece.
Après cette purge, le prélèvement proprement dit s'effectue par la fermeture partielle du robinet 23 de purge et l'ouverture calibrée du robinet 15 de l'éprouvette 12. After this purge, the actual sampling is carried out by the partial closure of the purge valve 23 and the calibrated opening of the valve 15 of the specimen 12.
Lorsque le volume prélevé est suffisant, on ferme le robinet 15 de l'éprouvette 5 puis les deux autres robinets de la canalisation et du circuit de purge et on mesure simultanément le volume prélevé par repérage de la position initiale P1 du piston 16 dans l'éprouvette et la température de l'huile. When the volume taken is sufficient, the valve 15 of the test piece 5 is closed, then the two other taps of the pipe and of the purge circuit, and the sampled volume is simultaneously measured by marking the initial position P1 of the piston 16 in the test tube and the temperature of the oil.
La phase de stabilisation consiste à attendre que l'huile se désaère 10 tranquillement par le faible jeu de coulissement du piston dans l'éprouvette, pour obtenir le volume exact prélevé. Pour cela, cette phase comporte la mesure de la température de l'huile désaérée à l'aide d'un capteur puis le repérage du volume d'huile final stabilisé au moyen de la positon P2 stabilisée du piston, qui est inférieure à la position Pl puisque l'huile s'est rétractée. Ce volume final dépend de l'évacuation de 15 I'air et de la rétractation de l'huile liée à l'abaissement de la température de l'échantillon d'huile. Cette rétractation est déterminée par calcul, connaissant les températures initiale et finale, le coefficient volumique de l'huile et le volume final. The stabilization phase consists in waiting for the oil to be slowly deaerated by the low sliding clearance of the piston in the test tube, in order to obtain the exact volume taken. For this, this phase comprises measuring the temperature of the deaerated oil using a sensor and then the identification of the final stabilized oil volume by means of the stabilized position P2 of the piston, which is less than the position Pl since the oil has retracted. This final volume depends on air evacuation and oil shrinkage related to the lowering of the oil sample temperature. This retraction is determined by calculation, knowing the initial and final temperatures, the volume coefficient of the oil and the final volume.
Enfin le procédé calcule le taux d'air présent dans l'huile à partir des mesures 20 du volume initial d'huile prélevée, de son volume stabilisé, de la différence de température entre la fin et le début du prélèvement et du coefficient de dilatation volumique de l'huile, c'est-à-dire du retrait volumique de l'air dû à l'écart de température entre les mesures du volume initial d'huile prélevée et de son volume stabilisé. Finally, the method calculates the amount of air present in the oil from the measurements of the initial volume of sampled oil, its stabilized volume, the temperature difference between the end and the beginning of the sampling and the coefficient of expansion. volume of the oil, that is to say the volume shrinkage of the air due to the temperature difference between the measurements of the initial volume of oil taken and its stabilized volume.
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