FR2954861A1

FR2954861A1 - PRESSURE IGNITION AND MEASURING DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: FR2954861A1
Application number: FR0906365A
Authority: FR
Inventors: Marc Begout; Bernard Kamel
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS; Federal Mogul Ignition Co
Current assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS; Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2011-07-01
Anticipated expiration: 2029-12-28
Also published as: JP2013516042A; FR2954861B1; WO2011080424A3; WO2011080424A2; CN102713550A; EP2519812A2; KR20120117844A

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour l'allumage et la mesure de pression, comprenant une bougie d'allumage (2) comprenant : un corps extérieur (14) ; un capteur de pression (34) monté sur ledit corps extérieur (14) et comprenant une borne de sortie d'un signal (38) ; un tube support (4) emboîté à demeure sur une extrémité supérieure du corps extérieur et portant des moyens électroniques (44) de traitement dudit signal ; un élément conducteur (46) fixé d'une part à la borne de sortie (38) du capteur de pression et d'autre part à une borne d'entrée des moyens électroniques de traitement (44) ; une enveloppe métallique (6) entourant le tube support, les moyens électroniques de traitement et le capteur de pression, laquelle enveloppe comporte des moyens de préhension (60) pour le montage du dispositif dans une culasse et est fixée, à son extrémité inférieure, au corps extérieur de la bougie.The invention relates to a device for ignition and pressure measurement, comprising a spark plug (2) comprising: an outer body (14); a pressure sensor (34) mounted on said outer body (14) and including an output terminal of a signal (38); a support tube (4) permanently fitted on an upper end of the outer body and carrying electronic means (44) for processing said signal; a conductive element (46) fixed on the one hand to the output terminal (38) of the pressure sensor and on the other hand to an input terminal of the electronic processing means (44); a metal casing (6) surrounding the support tube, the electronic processing means and the pressure sensor, which envelope comprises gripping means (60) for mounting the device in a cylinder head and is fixed at its lower end to outer body of the candle.

Description

La présente invention concerne un dispositif d'allumage et de mesure de pression, pour moteur à combustion interne. Il est intéressant, dans un moteur à combustion interne de connaître la pression régnant à l'intérieur des cylindres. Ceci permet notamment de réaliser un meilleur contrôle de la combustion du moteur. On peut ainsi limiter la consommation de carburant et l'émission d'éléments polluants. Dans les moteurs dits à essence, un capteur de pression mesurant la pression régnant dans les cylindres permet également d'éviter de prévoir un détecteur de cliquetis. II est ainsi connu de monter un capteur de pression sur une bougie d'allumage. Les capteurs de pression généralement utilisés sont basés sur l'effet piezo-électrique. Pour mémoire, une bougie d'allumage comporte de façon classique une électrode centrale, une électrode de masse, une âme isolante et un corps extérieur appelé aussi parfois culot de bougie. Le capteur de pression est alors monté à l'extérieur du corps extérieur de la bougie d'allumage. Lorsque cette dernière est montée dans la culasse d'un moteur en fonctionnement, la pression à l'intérieur du cylindre correspondant, due à la combustion réalisée dans ce cylindre, exerce une contrainte sur l'âme isolante de sens opposé à la précontrainte du capteur piezo-électrique. Cette force liée à la combustion dans le cylindre tend à déplacer l'âme isolante longitudinalement en l'éloignant dudit cylindre amenant alors le corps extérieur à se déformer élastiquement, causant ainsi une réduction de la contrainte sur le capteur piezo-électrique précontraint. Ces variations de force sur le capteur créent un signal électrique qui est fonction de la pression régnant dans le cylindre. Ce signal est particulièrement sensible aux perturbations mécaniques et électromagnétiques. La transmission du signal depuis l'élément sensible du capteur jusqu'à l'électronique de traitement de ce signal doit donc être réalisée avec attention. FR 2 926 933 décrit une bougie d'allumage associée à un capteur de force et à un dispositif de connexion. Le capteur de force est agencé de façon usuelle autour d'une extrémité du corps extérieur de la bougie d'allumage. Le dispositif de connexion comprend une coiffe souple destinée à recevoir cette extrémité de la bougie d'allumage. Cette coiffe souple porte des moyens électroniques de traitement du signal émis par le capteur de force ainsi qu'un contact électrique élastique relié auxdits moyens de traitement. Le capteur de force comprend une électrode formant une broche de connexion destinée à venir s'encastrer dans le contact électrique élastique porté par la coiffe souple. Des moyens de détrompage sont prévus sur le dispositif de connexion pour faciliter la mise en place de la broche dans le contact électrique élastique. La coiffe souple présente par ailleurs une lumière centrale recevant un ressort pour la connexion entre une borne haute tension d'une bobine et une tige d'alimentation de l'électrode centrale de la bougie d'allumage. Le dispositif de connexion comprend de plus une enveloppe métallique à l'intérieur de laquelle se trouve la coiffe souple. L'enveloppe métallique présente, à son extrémité libre du côté destiné à se trouver face à la bougie d'allumage, une patte élastique permettant de réaliser un contact électrique avec le corps extérieur de la bougie et de mettre ainsi l'enveloppe métallique à la masse. Les inventeurs ont constaté, pour ce dispositif connu, que le signal reçu par les moyens de traitement était parfois d'une qualité insuffisante pour permettre d'en déduire une information sur la pression suffisamment fiable et précise. The present invention relates to a device for ignition and pressure measurement, for internal combustion engine. It is interesting in an internal combustion engine to know the pressure inside the cylinders. This allows in particular to achieve better control of the combustion of the engine. It can thus limit fuel consumption and the emission of pollutants. In so-called gasoline engines, a pressure sensor measuring the pressure in the cylinders also avoids providing a knock detector. It is thus known to mount a pressure sensor on a spark plug. The pressure sensors generally used are based on the piezoelectric effect. For the record, a spark plug conventionally comprises a central electrode, a ground electrode, an insulating core and an outer body also sometimes called candle cap. The pressure sensor is then mounted outside the outer body of the spark plug. When the latter is mounted in the cylinder head of an engine in operation, the pressure inside the corresponding cylinder, due to the combustion carried out in this cylinder, exerts a stress on the insulating core in the opposite direction to the preload of the sensor piezoelectric. This force related to the combustion in the cylinder tends to move the insulating core longitudinally away from said cylinder then causing the outer body to deform elastically, thus causing a reduction in stress on the prestressed piezoelectric sensor. These variations of force on the sensor create an electrical signal which is a function of the pressure prevailing in the cylinder. This signal is particularly sensitive to mechanical and electromagnetic disturbances. The transmission of the signal from the sensitive element of the sensor to the processing electronics of this signal must therefore be carried out with care. FR 2 926 933 discloses a spark plug associated with a force sensor and a connection device. The force sensor is arranged in a usual manner around one end of the outer body of the spark plug. The connection device comprises a flexible cap for receiving this end of the spark plug. This flexible cap carries electronic means for processing the signal emitted by the force sensor as well as an elastic electrical contact connected to said processing means. The force sensor comprises an electrode forming a connection pin intended to fit into the elastic electrical contact carried by the flexible cap. Keying means are provided on the connection device to facilitate the establishment of the pin in the elastic electrical contact. The flexible cap further has a central slot receiving a spring for the connection between a high voltage terminal of a coil and a supply rod of the central electrode of the spark plug. The connection device further comprises a metal casing inside which is the flexible cap. The metal casing has, at its free end on the side intended to face the spark plug, an elastic tab for making electrical contact with the outer body of the candle and thus to put the metal casing to the mass. The inventors have noted, for this known device, that the signal received by the processing means was sometimes of insufficient quality to allow to deduce sufficiently reliable and accurate pressure information.

L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif comprenant une bougie d'allumage et un capteur de pression, apte à fournir une information sur la pression régnant dans un cylindre d'un moteur qui soit plus fiable. De préférence, ce dispositif est également apte à fournir une information pression plus précise. The invention aims to overcome these disadvantages by providing a device comprising a spark plug and a pressure sensor, able to provide information on the pressure in a cylinder of a motor that is more reliable. Preferably, this device is also able to provide more accurate pressure information.

A cette fin, l'invention propose un dispositif pour l'allumage et la mesure de pression comprenant : une bougie d'allumage comprenant un corps extérieur ; un capteur de pression monté sur le corps extérieur de la bougie et comprenant une borne de sortie d'un signal, un tube support portant des moyens électroniques de traitement dudit signal, et une enveloppe métallique entourant le tube support, les moyens électroniques de traitement et le capteur de pression. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que : - le tube support est emboîté à demeure sur une extrémité du corps extérieur, dite extrémité supérieure, qui reçoit le capteur de pression, - un élément conducteur est fixé d'une part à la borne de sortie du capteur de pression et d'autre part à une borne d'entrée des moyens électroniques de traitement, - une extrémité de l'enveloppe métallique, dite extrémité inférieure, est fixée au corps extérieur de ladite bougie, - l'enveloppe métallique comporte des moyens de préhension pour le montage du dispositif dans une culasse d'un moteur à combustion interne. En d'autres termes, le dispositif d'allumage et de mesure de pression selon l'invention est assemblé en usine pour former un ensemble d'un seul tenant, qui intègre les fonctions d'allumage, de mesure de pression dans le cylindre, de traitement des données mesurées, d'amortissement des vibrations par augmentation d'inertie (comme expliqué dans le paragraphe suivant). Aucune connexion amovible n'est prévue entre le capteur de pression et les moyens électroniques de traitement, ces deux éléments étant reliés directement par l'élément conducteur. Il en résulte que la transmission du signal entre le capteur de pression et les moyens électroniques de traitement est garantie et est de qualité quelles que soient les contraintes mécaniques et les vibrations auxquelles est soumis le dispositif selon l'invention. En outre, le montage de ce dispositif dans une culasse s'effectue en une seule opération (alors que deux opérations au moins sont nécessaires avec les dispositifs antérieurs connus), à l'aide des moyens de préhension prévus sur l'enveloppe métallique. Par ailleurs, le fait que l'enveloppe métallique soit, selon l'invention, fixée au corps extérieur de la bougie présente l'avantage essentiel suivant. L'enveloppe métallique augmente l'inertie et la raideur de l'assemblage rigide formé par le corps extérieur de la bougie d'allumage et l'enveloppe métallique. Il en résulte que la fréquence propre de vibration du corps extérieur ainsi pourvu de l'enveloppe métallique est plus basse que celle du corps extérieur seul. La fixation de l'enveloppe métallique sur le corps extérieur de la bougie d'allumage permet donc d'éloigner la fréquence propre dudit corps extérieur de la bande passante du capteur de pression. En outre, l'inertie et la raideur apportées par l'enveloppe métallique limitent les déformations du corps extérieur susceptibles de se produire sous l'effet des distorsions de la culasse transmises audit corps extérieur au niveau de son siège. Le capteur de pression est par conséquent peu sensible aux vibrations et aux contraintes imposées à la bougie d'allumage. On obtient dès lors un rapport signal/bruit très satisfaisant et considérablement augmenté comparé aux rapports obtenus avec les dispositifs antérieurs connus. Enfin, la présence de moyens de préhension sur l'enveloppe métallique, alors que ces moyens sont formés sur le corps extérieur de la bougie dans tous les dispositifs antérieurs connus, facilite le montage du dispositif selon l'invention dans une culasse, les moyens de préhension se trouvant ainsi déplacés vers l'extérieur de la culasse. De plus, cette disposition permet de proposer un dispositif plus compact : la partie de la bougie s'étendant en saillie de l'enveloppe métallique peut être de dimension axiale réduite (puisqu'elle est désormais dépourvue de moyens de préhension), et l'intégration des moyens de préhension dans l'enveloppe métallique peut s'effectuer sans augmentation de la dimension axiale de cette dernière. De préférence, ces moyens de préhension ont une section hexagonale. Avantageusement, les moyens de préhension sont formés à l'extrémité de l'enveloppe, dite extrémité supérieure, opposée à son extrémité inférieure. To this end, the invention provides a device for ignition and pressure measurement comprising: a spark plug comprising an outer body; a pressure sensor mounted on the outer body of the spark plug and comprising an output terminal of a signal, a support tube carrying electronic means for processing said signal, and a metal envelope surrounding the support tube, the electronic processing means and the pressure sensor. The device according to the invention is characterized in that: - the support tube is permanently fitted on one end of the outer body, said upper end, which receives the pressure sensor, - a conductive element is fixed on the one hand to the output terminal of the pressure sensor and secondly to an input terminal of the electronic processing means, - an end of the metal casing, called the lower end, is fixed to the outer body of said candle, - the casing metal comprises gripping means for mounting the device in a cylinder head of an internal combustion engine. In other words, the ignition and pressure measuring device according to the invention is assembled at the factory to form a unitary unit, which integrates the functions of ignition, measurement of pressure in the cylinder, processing of measured data, vibration damping by increasing inertia (as explained in the following paragraph). No removable connection is provided between the pressure sensor and the electronic processing means, these two elements being connected directly by the conductive element. As a result, the signal transmission between the pressure sensor and the electronic processing means is guaranteed and is of quality regardless of the mechanical stresses and vibrations to which the device according to the invention is subjected. In addition, the mounting of this device in a cylinder head is carried out in a single operation (while at least two operations are necessary with prior known devices), using the gripping means provided on the metal casing. Furthermore, the fact that the metal casing is, according to the invention, attached to the outer body of the candle has the following essential advantage. The metal shell increases the inertia and stiffness of the rigid assembly formed by the outer body of the spark plug and the metal shell. As a result, the natural frequency of vibration of the outer body thus provided with the metal casing is lower than that of the outer body alone. Fixing the metal casing on the outer body of the spark plug thus allows to move the natural frequency of said outer body of the bandwidth of the pressure sensor. In addition, the inertia and stiffness provided by the metal casing limit the deformations of the outer body may occur under the effect of the distortions of the cylinder head transmitted to said outer body at its seat. The pressure sensor is therefore insensitive to the vibrations and stresses imposed on the spark plug. A very satisfactory signal-to-noise ratio is thus obtained and considerably increased compared to the ratios obtained with known prior devices. Finally, the presence of gripping means on the metal casing, while these means are formed on the outer body of the candle in all prior known devices, facilitates the mounting of the device according to the invention in a cylinder head, the means of prehension thus being displaced to the outside of the breech. In addition, this arrangement makes it possible to propose a more compact device: the portion of the candle projecting from the metal casing may be of reduced axial dimension (since it is now devoid of gripping means), and the integration of the gripping means in the metal casing can be performed without increasing the axial dimension of the latter. Preferably, these gripping means have a hexagonal section. Advantageously, the gripping means are formed at the end of the envelope, said upper end, opposite to its lower end.

Quelle que soit la profondeur du puits dans lequel est agencé le dispositif selon l'invention, ces moyens de préhension sont alors aisément accessibles. Aussi et surtout, il est dans ce cas possible d'utiliser une enveloppe présentant, au niveau du tube support et des moyens électroniques de traitement, un diamètre supérieur à l'ouverture de clé des moyens de préhension (diamètre sur plats dans le cas d'un hexagone), et même supérieur au diamètre externe maximal desdits moyens de préhension (diamètre reliant deux sommets de l'hexagone). Avantageusement, l'extrémité inférieure de l'enveloppe métallique s'étend à proximité immédiate d'un siège de la bougie d'allumage formant butée pour le montage du dispositif dans une culasse. Whatever the depth of the well in which the device according to the invention is arranged, these gripping means are then easily accessible. Also and above all, it is in this case possible to use a casing having, at the level of the support tube and electronic processing means, a diameter greater than the key opening of the gripping means (diameter on flat in the case of a hexagon), and even greater than the maximum external diameter of said gripping means (diameter connecting two vertices of the hexagon). Advantageously, the lower end of the metal casing extends in the immediate vicinity of a seat of the spark plug forming a stop for mounting the device in a cylinder head.

Avantageusement, l'enveloppe métallique est fixée au corps extérieur de la bougie par soudure sur toute sa circonférence. Une étanchéité est ainsi réalisée entre la bougie d'allumage et l'enveloppe métallique, qui protège le capteur de pression et les moyens électroniques de traitement, de l'environnement agressif du cylindre et de l'humidité. Advantageously, the metal casing is attached to the outer body of the candle by welding over its entire circumference. A seal is thus formed between the spark plug and the metal casing, which protects the pressure sensor and the electronic processing means, the aggressive environment of the cylinder and moisture.

De préférence, au moins un joint torique est de plus agencé entre le tube support et l'enveloppe métallique à proximité de l'extrémité supérieure de cette dernière. En variante ou de préférence en combinaison, les moyens électroniques de traitement sont imprégnés ou empotés à l'aide d'un matériau isolant. Cet imprégnation ou empotage protège les moyens électroniques de traitement d'éventuels agents polluants qui auraient pénétré dans l'enveloppe métallique. De plus, dans le cas d'un empotage, c'est-à-dire d'un enrobage dans lequel l'enveloppe métallique sert de moule et le matériau isolant vient remplir l'espace entre le tube support et l'enveloppe métallique, les vibrations susceptibles de se produire entre le tube support et l'enveloppe métallique et d'affecter les moyens électroniques de traitement sont évitées. Avantageusement, le dispositif d'allumage et de mesure de pression comprend de plus un manchon de blindage agencé entre une âme isolante de la bougie d'allumage et le tube support au moins le long d'une portion du tube support s'étendant en regard des moyens électroniques de traitement et jusqu'au corps extérieur de la bougie d'allumage. Ce manchon de blindage protège le signal émis par le capteur de pression (et non encore traité) ainsi que les moyens électroniques de traitement, des nuisances électromagnétiques générées par une ligne haute tension décrite ci-après. L'invention concerne également un ensemble comprenant d'une part un dispositif d'allumage et de mesure de pression selon l'invention, et d'autre part un dispositif de connexion comprenant : - une ligne haute tension pour l'alimentation électrique d'une électrode centrale de la bougie d'allumage, ladite ligne haute tension comprenant d'une part une tige conductrice adaptée pour traverser le tube support et être engagée dans l'âme isolante de la bougie d'allumage, et d'autre part un connecteur en vue de la connexion de la ligne haute tension à une borne de sortie haute tension d'un transformateur à bobine, - un élément de raccord apte à être branché d'une part à un connecteur du dispositif d'allumage et de mesure de pression relié à une borne de sortie des moyens électroniques de traitement et agencé à proximité de l'extrémité supérieure de l'enveloppe métallique, et d'autre part à une borne d'entrée de signal du transformateur à bobine. Preferably, at least one O-ring is further arranged between the support tube and the metal shell near the upper end thereof. Alternatively or preferably in combination, the electronic processing means are impregnated or potted with an insulating material. This impregnation or potting protects the electronic means of treatment of possible pollutants that would have penetrated into the metal casing. In addition, in the case of a potting, that is to say a coating in which the metal casing serves as a mold and the insulating material fills the space between the support tube and the metal casing, vibrations that may occur between the support tube and the metal casing and affect the electronic processing means are avoided. Advantageously, the ignition and pressure measuring device further comprises a shielding sleeve arranged between an insulating core of the spark plug and the support tube at least along a portion of the support tube extending facing electronic processing means and to the outer body of the spark plug. This shielding sleeve protects the signal emitted by the pressure sensor (and not yet treated) as well as the electronic processing means, the electromagnetic nuisance generated by a high-voltage line described below. The invention also relates to an assembly comprising on the one hand an ignition and pressure measuring device according to the invention, and on the other hand a connection device comprising: a high-voltage line for the power supply of a central electrode of the spark plug, said high voltage line comprising on the one hand a conductive rod adapted to pass through the support tube and be engaged in the insulating core of the spark plug, and on the other hand a connector for the connection of the high-voltage line to a high-voltage output terminal of a coil transformer, - a coupling element suitable for connection on the one hand to a connector of the ignition and pressure measuring device connected to an output terminal of the electronic processing means and arranged near the upper end of the metal casing, and secondly to a signal input terminal of the coil transformer.

II est possible de fournir des dispositifs de connexion de longueurs différentes, et ce à moindre coût compte tenu de la simplicité d'un tel dispositif (le terme "longueur" désignant ici la dimension du dispositif de connexion selon la direction axiale du dispositif d'allumage et de mesure de pression lorsque ces deux dispositifs sont assemblés). La longueur du dispositif de connexion peut alors être choisie en fonction de la profondeur du puits de la culasse dans lequel le dispositif d'allumage et de mesure de pression est destiné à être monté. II n'est donc plus nécessaire de développer des dispositifs d'allumage et de mesure de pression de dimensions différentes pour satisfaire l'ensemble du marché, un même dispositif, de conception compacte, convenant à différents modèles de culasse. It is possible to provide connection devices of different lengths, and this at a lower cost given the simplicity of such a device (the term "length" here designating the dimension of the connection device in the axial direction of the device of ignition and pressure measurement when these two devices are assembled). The length of the connection device can then be chosen according to the depth of the well of the cylinder head in which the ignition device and pressure measuring device is intended to be mounted. It is therefore no longer necessary to develop ignition and pressure measuring devices of different sizes to meet the entire market, the same device, compact design, suitable for different models of cylinder head.

D'autres détails et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, qui se réfère aux dessins schématiques annexés et porte sur un mode de réalisation préférentiel, fourni à titre d'exemple non limitatif. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif d'allumage et de mesure de pression selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective du dispositif de la figure 1 associé à un dispositif de connexion, dans laquelle une partie de l'enveloppe métallique et du tube support a été arrachée, et - la figure 3 est une vue schématique en perspective éclatée des dispositifs de la figure 2. Les figures 1 à 3 illustrent un dispositif d'allumage et de mesure de pression selon l'invention, lequel dispositif comprend notamment une bougie d'allumage 2, un tube support 4 et une enveloppe métallique 6, formant un ensemble d'un seul tenant. De manière classique, la bougie d'allumage 2 comporte une électrode centrale 8, une électrode de masse 10, une âme isolante 12 et un corps extérieur 14 appelé aussi parfois culot de bougie. La bougie d'allumage 2 est destinée à produire une étincelle dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Cette étincelle est réalisée entre les deux électrodes, une électrode centrale 8 et une électrode de masse 10. L'électrode centrale 8 est montée à une extrémité de l'âme isolante 12, à l'intérieur de celle-ci. Elle est alimentée en courant haute tension par l'intermédiaire d'une ligne haute tension décrite plus loin. Other details and advantages of the present invention will appear on reading the following description, which refers to the attached schematic drawings and relates to a preferred embodiment, provided by way of non-limiting example. In these drawings: FIG. 1 is a schematic perspective view of an ignition and pressure measuring device according to the invention, FIG. 2 is a perspective view of the device of FIG. 1 associated with a device. connecting piece, in which a part of the metal casing and the support tube has been torn off, and - Figure 3 is a schematic exploded perspective view of the devices of Figure 2. Figures 1 to 3 illustrate an ignition device and pressure measurement according to the invention, which device comprises in particular a spark plug 2, a support tube 4 and a metal casing 6, forming an assembly in one piece. Typically, the spark plug 2 comprises a central electrode 8, a ground electrode 10, an insulating core 12 and an outer body 14 also sometimes called candle cap. The spark plug 2 is intended to produce a spark in a combustion chamber of an internal combustion engine. This spark is produced between the two electrodes, a central electrode 8 and a ground electrode 10. The central electrode 8 is mounted at one end of the insulating core 12, inside thereof. It is supplied with high voltage current via a high voltage line described below.

L'âme isolante 12, réalisée généralement dans une céramique, est montée à l'intérieur du corps extérieur 14. Ce dernier présente une forme générale tubulaire de section circulaire. Une extrémité inférieure de ce corps extérieur 14 porte l'électrode de masse 10. Cette dernière fait face à l'électrode centrale 8. L'âme isolante 12 est positionnée dans le corps extérieur 14 et est maintenue à l'intérieur de celui-ci par sertissage. L'extrémité supérieure 16 du corps extérieur 14 (voir figure 3) est rabattue sur un épaulement de l'âme isolante 12 réalisant ainsi le sertissage de celle-ci. La surface périphérique extérieure du corps extérieur 14 de la bougie présente du côté des électrodes un filetage 18 permettant de visser le dispositif selon l'invention dans une culasse (non représentée). Au-dessus du filetage 18, le corps extérieur 14 présente une collerette 20 dont la face inférieure 22, appelée siège, forme une butée lors du vissage du dispositif dans la culasse. Au-dessus de cette collerette 20, le corps extérieur 14 présente une portion supérieure 32 sensiblement cylindrique sur laquelle est monté un capteur de force 34. Le capteur de force 34 représenté ici est du type piézo-électrique comportant un élément piézo-électrique 26, qui constitue l'élément sensible du capteur, monté entre deux électrodes 24 et 28. La face supérieure de la collerette 20 du corps extérieur 14 sert de support à l'électrode 24. Cette électrode 24 est à la masse puisqu'en contact avec le corps extérieur 14 vissé dans la culasse ; elle est par conséquent appelée électrode de masse 24. L'électrode 28 reçoit le signal électrique émis par l'élément piézo-électrique subissant des variations de contraintes ; cette électrode est appelée ici électrode de sortie 28 du capteur de force. Outre l'élément piézo-électrique 26 et les électrodes 24 et 28, le capteur de force 34 comprend de plus une rondelle isolante 30. Le capteur de force 34 est précontraint en compression par une bague 40 dite bague de précontrainte. Cette dernière est de forme adaptée à la forme de la portion supérieure 32 du corps extérieur 14. Elle s'étend depuis le capteur de force 30 quasiment jusqu'à la zone de sertissage et est soudée sur le corps extérieur 14. L'électrode de sortie 28 du capteur de force présente une patte 38 s'étendant axialement et formant une borne de sortie 38 du capteur de force par laquelle est transmis le signal électrique émis par l'élément piézo-électrique 26. La rondelle isolante 30 présente quant à elle une patte d'isolation 36 qui s'étend axialement à l'intérieur (radialement) de la borne de sortie 38 afin d'isoler électriquement celle-ci de la bague de précontrainte 40 (qui est à la masse puisque fixée au corps extérieur 14). Comme indiqué précédemment, le dispositif selon l'invention comprend par ailleurs un tube support 4. Ce tube support est réalisé dans un matériau isolant électriquement tel qu'un matériau polymérique synthétique. Le tube support 4 présente, à une extrémité inférieure, une zone élargie 46 permettant son emboîtement sur l'extrémité supérieure 16 du corps extérieur 14 de la bougie et sur le capteur de force 34. La face axiale inférieure 72 du tube support vient en appui contre un épaulement de la bague de précontrainte 40. The insulating core 12, generally formed in a ceramic, is mounted inside the outer body 14. The latter has a generally tubular shape of circular section. A lower end of this outer body 14 carries the ground electrode 10. The latter faces the central electrode 8. The insulating core 12 is positioned in the outer body 14 and is held inside thereof by crimping. The upper end 16 of the outer body 14 (see Figure 3) is folded over a shoulder of the insulating core 12 thereby forming the crimping thereof. The outer peripheral surface of the outer body 14 of the spark plug has on the electrode side a threading 18 for screwing the device according to the invention into a cylinder head (not shown). Above the thread 18, the outer body 14 has a collar 20 whose lower face 22, called seat, forms a stop when the device is screwed into the cylinder head. Above this flange 20, the outer body 14 has a substantially cylindrical upper portion 32 on which is mounted a force sensor 34. The force sensor 34 shown here is of the piezoelectric type comprising a piezoelectric element 26, which constitutes the sensitive element of the sensor, mounted between two electrodes 24 and 28. The upper face of the flange 20 of the outer body 14 serves to support the electrode 24. This electrode 24 is grounded since in contact with the outer body 14 screwed into the cylinder head; it is therefore called the ground electrode 24. The electrode 28 receives the electric signal emitted by the piezoelectric element undergoing stress variations; this electrode is called here output electrode 28 of the force sensor. In addition to the piezoelectric element 26 and the electrodes 24 and 28, the force sensor 34 further comprises an insulating washer 30. The force sensor 34 is prestressed in compression by a ring 40 called the prestressing ring. The latter is of a shape adapted to the shape of the upper portion 32 of the outer body 14. It extends from the force sensor 30 almost to the crimping zone and is welded to the outer body 14. The electrode output 28 of the force sensor has a lug 38 extending axially and forming an output terminal 38 of the force sensor through which is transmitted the electrical signal emitted by the piezoelectric element 26. The insulating washer 30 presents itself an isolation tab 36 which extends axially inside (radially) of the output terminal 38 to electrically isolate it from the preload ring 40 (which is grounded since it is fixed to the outer body 14 ). As indicated above, the device according to the invention also comprises a support tube 4. This support tube is made of an electrically insulating material such as a synthetic polymeric material. The support tube 4 has, at a lower end, an enlarged zone 46 allowing it to fit on the upper end 16 of the outer body 14 of the spark plug and on the force sensor 34. The lower axial face 72 of the support tube bears on against a shoulder of the prestressing ring 40.

Le tube support 4 présente par ailleurs, sur sa face périphérique extérieure, au moins un évidement 42 (en l'exemple illustré, il en présente plusieurs) formant un logement recevant des moyens électroniques de traitement 44. Ces derniers comprennent par exemple une carte électronique portant des circuits intégrés à application spécifique, connue également sous l'acronyme ASIC. Ces circuits imprimés sont par exemple destinés à réaliser l'amplification et le filtrage du signal émis par le capteur de force 34, ainsi que la conversion de ce signal analogique en un signal numérique (convertisseur A/D). Toutefois, on peut en variante prévoir de n'avoir qu'un étage d'amplification au niveau des moyens électroniques de traitement 44. Selon l'invention, les moyens électroniques de traitement 44 sont directement reliés au capteur de force 34 par un élément conducteur 46. Cet élément conducteur 46 est porté par le tube support 4. En l'exemple illustré, l'élément conducteur 46 est une lame plate rigide présentant un profil en forme de S. Il pourrait s'agir en variante d'un fil souple. Cet élément conducteur 46 est fixé à demeure, par exemple par soudure, d'une part à la borne de sortie 38 du capteur de force, et d'autre part à une borne d'entrée des moyens électroniques de traitement 44. Aucun connecteur n'est donc intercalé entre le capteur de force 34 et les moyens électroniques de traitement 44. The support tube 4 has, moreover, on its outer peripheral face, at least one recess 42 (in the illustrated example, it has several) forming a housing receiving electronic processing means 44. The latter comprise for example an electronic card carrying specific application integrated circuits, also known by the acronym ASIC. These printed circuits are for example intended to amplify and filter the signal emitted by the force sensor 34, as well as the conversion of this analog signal into a digital signal (A / D converter). However, it is possible, in a variant, to have only one amplification stage at the level of the electronic processing means 44. According to the invention, the electronic processing means 44 are directly connected to the force sensor 34 by a conductive element 46. This conductive element 46 is carried by the support tube 4. In the example shown, the conductive element 46 is a rigid flat blade having an S-shaped profile. It could alternatively be a flexible wire. . This conductive element 46 is fixed permanently, for example by welding, on the one hand to the output terminal 38 of the force sensor, and on the other hand to an input terminal of the electronic processing means 44. is therefore interposed between the force sensor 34 and the electronic processing means 44.

En sortie, les moyens électroniques de traitement 44 sont reliés par des câbles plats ou autres éléments conducteurs, portés par le tube support 4, à un connecteur annulaire 50 femelle comportant trois contacts annulaires coaxiaux (ces contacts ne sont pas visibles puisque réalisés sur la face interne du connecteur annulaire 50). Le tube support 4 présente, à sa partie supérieure, une zone élargie 64 à l'intérieur de laquelle le connecteur annulaire 50 vient entièrement se loger. Les moyens électroniques de traitement 44 étant quant à eux agencés à l'extérieur du tube support 4, un trou est ménagé pour le passage des câbles plats dans un épaulement dudit tube délimitant la zone élargie 64. Par ailleurs, un joint torique 66 est intercalé entre le connecteur annulaire 50 et le tube support 4 à proximité immédiate de la face axiale supérieure 70 du tube support. Le dispositif d'allumage et de mesure de pression selon l'invention est destiné à être raccordé à un dispositif de connexion, que l'on peut observer sur les figures 2 et 3, en vue de sa connexion à un transformateur à bobine. Ce dispositif de connexion comprend un élément de raccord 52 et une ligne haute tension 54. At the output, the electronic processing means 44 are connected by flat cables or other conductive elements, carried by the support tube 4, to an annular female connector 50 having three coaxial annular contacts (these contacts are not visible since they are made on the face internal ring connector 50). The support tube 4 has, at its upper part, an enlarged zone 64 inside which the annular connector 50 is completely housed. The electronic processing means 44 being arranged outside the support tube 4, a hole is provided for the passage of the flat cables in a shoulder of said tube defining the enlarged zone 64. Furthermore, an O-ring 66 is inserted between the annular connector 50 and the support tube 4 in the immediate vicinity of the upper axial face 70 of the support tube. The ignition device and pressure measuring device according to the invention is intended to be connected to a connection device, which can be observed in Figures 2 and 3, for its connection to a coil transformer. This connection device comprises a connection element 52 and a high voltage line 54.

L'élément de raccord 52 comporte d'un côté un connecteur annulaire 51 mâle à contacts annulaires coaxiaux, destiné à être emboîté dans le connecteur annulaire 50 du dispositif d'allumage et de mesure de pression. De l'autre côté, l'élément de raccord 52 comporte au moins une fiche 53 permettant sa connexion à une borne d'entrée de signal du transformateur à bobine. Le signal traité, ainsi conduit au transformateur, traverse ce dernier par l'intermédiaire de câbles ou autres moyens conducteurs en vue de sa transmission à un calculateur du véhicule. La ligne haute tension 54 du dispositif de connexion permet d'alimenter la bougie d'allumage en énergie électrique délivrée par la bobine haute tension du transformateur. Cette ligne haute tension 54 comprend une tige 58 conductrice. A l'état assemblé, la tige 58 porte l'élément de raccord 52, qui est tubulaire. Cette tige 58 est destinée à traverser le tube support 4. Son extrémité inférieure vient alors s'insérer dans l'âme isolante 12 de la bougie d'allumage de façon à être en contact avec l'électrode centrale 8. Un ressort conducteur ou tout autre moyen approprié connu peut être prévu dans l'âme isolante pour garantir une continuité électrique entre la tige 58 et l'électrode centrale 8. L'extrémité supérieure de la tige 58 est pourvue d'un connecteur 56 permettant le raccordement de la ligne haute tension 54 à une borne de sortie haute tension (non représentée) du transformateur à bobine. Comme indiqué précédemment, le dispositif d'allumage et de mesure de pression selon l'invention comprend également une enveloppe métallique 6. Cette enveloppe métallique 6 entoure entièrement le tube support 4 et les éléments qu'il porte, ainsi que le capteur de force 34. L'enveloppe métallique 6 comporte une portion principale tubulaire sensiblement cylindrique, de sections interne et externe circulaires, et une portion supérieure de plus faible longueur formant des moyens de préhension 60 de section hexagonale. Selon l'invention, l'extrémité inférieure 61 de l'enveloppe métallique présente une forme adaptée à celle de la collerette 20 du corps extérieur 14 de la bougie d'allumage. En particulier, le diamètre interne de l'enveloppe au niveau de sa face axiale inférieure est sensiblement égal (à un jeu de montage près) au diamètre externe de la collerette 20. Cette extrémité inférieure 61 de l'enveloppe métallique 6 est soudée au corps extérieur 14 de la bougie d'allumage. En l'exemple illustré, un cordon de soudure 62 est formé entre la face axiale inférieure de l'enveloppe métallique et la collerette 20 du corps extérieur 14, sur toute la circonférence de l'enveloppe métallique. De préférence, cette soudure est réalisée au laser. Le cordon de soudure 62 ainsi formé remplit au moins trois fonctions : - il solidarise l'enveloppe métallique 6 et le corps extérieur 14, rigidifiant l'ensemble. L'inertie apportée par l'enveloppe permet d'abaisser la fréquence propre de vibration du corps extérieur de la bougie bien en-deçà de la bande passante du capteur de force 34 et de limiter les déformations du siège 22 de la bougie pouvant survenir sous l'effet des vibrations et distorsions de la culasse. Le rapport signal/bruit en est ainsi amélioré. Le dispositif d'allumage et de mesure de pression obtenu fournit des mesures particulièrement fiables et précises ; - il met l'enveloppe métallique 6 à la masse (l'enveloppe 6 étant en contact avec le corps extérieur 14 lui-même en contact avec la culasse). L'enveloppe métallique 6 protège ainsi l'ensemble de l'électronique (capteur de force et moyens électroniques de traitement...) des perturbations électromagnétiques environnantes. Une fois amplifié, le signal est moins sensible aux perturbations électromagnétiques et il n'est donc pas indispensable de prévoir un blindage particulier pour le transport du signal amplifié et/ou filtré et/ou converti en dehors du dispositif d'allumage et de mesure de pression ; - il réalise une étanchéité aux liquides et aux gaz entre l'enveloppe métallique 6 et le corps extérieur 14. L'enveloppe métallique 6 protège ainsi l'ensemble de l'électronique d'éventuelles agressions chimiques environnantes. On observera que la face axiale inférieure de l'enveloppe métallique est soudée au corps métallique 14 à proximité immédiate du siège 22 dudit corps. Cet agencement est rendu possible en raison de la formation d'une zone de préhension 60 du dispositif sur l'enveloppe métallique 6. Dès lors, le dispositif d'allumage et de mesure de pression selon l'invention est particulièrement compact : la bougie d'allumage 2 dépourvue de moyens de préhension présente une dimension axiale réduite ; les moyens électroniques de traitement sont agencés au plus près du capteur de force, en regard de la portion saillante de l'âme isolante 12. En l'exemple illustré, la zone de préhension 60 est formée à l'extrémité supérieure de l'enveloppe métallique 6 et s'étend en saillie axialement du tube support 4. Cette zone de préhension 60 forme une paroi périphérique qui entoure la ou les fiches 53 de l'élément de raccord 52 lorsque le dispositif de connexion est assemblé au dispositif d'allumage et de mesure de pression selon l'invention. Lors du raccordement du transformateur à bobine audit dispositif de connexion, cette paroi périphérique participe au guidage de la borne d'entrée de signal du transformateur vers la fiche 53 correspondante. Le diamètre externe du tube support 4 au niveau de sa zone élargie 64, et notamment de sa face axiale supérieure 70, est sensiblement égal (à un jeu de montage près) au diamètre interne de la portion principale de l'enveloppe métallique 6. La zone de préhension 60 de l'enveloppe présente en revanche un diamètre interne minimal inférieur au diamètre externe de la face axiale supérieure 70 du tube support. La jonction entre la portion principale cylindrique de l'enveloppe et sa zone de préhension 60 forme donc un épaulement interne qui permet de caler le tube support 4 (lequel repose par ailleurs sur la bague de précontrainte 40). Un joint torique 68 est intercalé entre le tube support 4 et l'enveloppe métallique 6. Ce joint est agencé dans une gorge ménagée dans la zone élargie 64 du tube support. Le dispositif d'allumage et de mesure de pression illustré comprend également un premier manchon de blindage 76 entourant intégralement la partie saillante de l'âme isolante 12 (partie de l'âme isolante s'étendant en saillie du corps extérieur 14). Ce manchon de blindage protège le signal non traité transporté par l'élément conducteur 46 ainsi que les moyens électroniques de traitement 44, des perturbations électromagnétiques générées par la ligne haute tension alimentant la bougie d'allumage. Ce manchon de blindage peut être réalisé à l'aide d'un tube métallique, plein ou ajouré, ou par métallisation de la face extérieure périphérique de l'âme isolante 12. The connecting element 52 comprises on one side an annular male connector 51 with coaxial annular contacts intended to be fitted into the annular connector 50 of the ignition and pressure measuring device. On the other side, the connecting member 52 has at least one plug 53 for connection to a signal input terminal of the coil transformer. The processed signal, thus led to the transformer, through the latter through cables or other conductive means for transmission to a computer of the vehicle. The high voltage line 54 of the connection device makes it possible to supply the spark plug with electrical energy delivered by the high voltage coil of the transformer. This high voltage line 54 comprises a conducting rod 58. In the assembled state, the rod 58 carries the connecting element 52, which is tubular. This rod 58 is intended to pass through the support tube 4. Its lower end is then inserted into the insulating core 12 of the spark plug so as to be in contact with the central electrode 8. A conducting spring or all other suitable means known can be provided in the insulating core to ensure electrical continuity between the rod 58 and the central electrode 8. The upper end of the rod 58 is provided with a connector 56 for connecting the high line voltage 54 at a high voltage output terminal (not shown) of the coil transformer. As indicated above, the ignition device and pressure measurement according to the invention also comprises a metal casing 6. This metal casing 6 completely surrounds the support tube 4 and the elements it carries, as well as the force sensor 34 The metal casing 6 comprises a substantially cylindrical tubular main portion, of circular inner and outer sections, and an upper portion of shorter length forming gripping means 60 of hexagonal section. According to the invention, the lower end 61 of the metal casing has a shape adapted to that of the flange 20 of the outer body 14 of the spark plug. In particular, the internal diameter of the casing at its lower axial face is substantially equal (to a mounting clearance near) to the outer diameter of the flange 20. This lower end 61 of the metal casing 6 is welded to the body outside 14 of the spark plug. In the illustrated example, a weld bead 62 is formed between the lower axial face of the metal casing and the flange 20 of the outer body 14, over the entire circumference of the metal casing. Preferably, this welding is performed by laser. The weld bead 62 thus formed performs at least three functions: - it secures the metal shell 6 and the outer body 14, stiffening the assembly. The inertia provided by the envelope makes it possible to lower the natural vibration frequency of the outer body of the candle well below the bandwidth of the force sensor 34 and to limit the deformations of the seat 22 of the candle that may occur under the effect of the vibrations and distortions of the cylinder head. The signal / noise ratio is thus improved. The ignition and pressure measurement device obtained provides particularly reliable and accurate measurements; - It puts the metal casing 6 to the ground (the casing 6 being in contact with the outer body 14 itself in contact with the cylinder head). The metal casing 6 thus protects the entire electronics (force sensor and electronic processing means ...) surrounding electromagnetic disturbances. Once amplified, the signal is less sensitive to electromagnetic disturbances and it is therefore not essential to provide a particular shield for transporting the amplified signal and / or filtered and / or converted outside the ignition and measuring device. pressure; - It performs a seal to liquids and gases between the metal casing 6 and the outer body 14. The metal casing 6 thus protects the entire electronics from possible surrounding chemical attack. It will be observed that the lower axial face of the metal casing is welded to the metal body 14 in the immediate vicinity of the seat 22 of said body. This arrangement is made possible due to the formation of a gripping zone 60 of the device on the metal casing 6. As a result, the ignition and pressure measuring device according to the invention is particularly compact: Ignition 2 devoid of gripping means has a reduced axial dimension; the electronic processing means are arranged closer to the force sensor, facing the protruding portion of the insulating core 12. In the illustrated example, the gripping zone 60 is formed at the upper end of the envelope 6 and extends axially projecting from the support tube 4. This gripping zone 60 forms a peripheral wall which surrounds the plug (s) 53 of the connecting element 52 when the connecting device is assembled to the ignition device and pressure measuring device according to the invention. When connecting the coil transformer to said connection device, this peripheral wall participates in guiding the signal input terminal of the transformer to the corresponding plug 53. The outer diameter of the support tube 4 at its enlarged zone 64, and in particular its upper axial face 70, is substantially equal (with a close set of mounting) to the internal diameter of the main portion of the metal casing 6. The gripping zone 60 of the casing, on the other hand, has a minimum internal diameter smaller than the external diameter of the upper axial face 70 of the support tube. The junction between the cylindrical main portion of the casing and its gripping zone 60 thus forms an internal shoulder which makes it possible to wedge the support tube 4 (which also rests on the prestressing ring 40). An O-ring 68 is interposed between the support tube 4 and the metal casing 6. This seal is arranged in a groove in the enlarged area 64 of the support tube. The illustrated ignition and pressure measuring device also comprises a first shielding sleeve 76 integrally surrounding the projecting portion of the insulating core 12 (part of the insulating core projecting from the outer body 14). This shielding sleeve protects the untreated signal carried by the conductive element 46 as well as the electronic processing means 44, electromagnetic disturbances generated by the high voltage line supplying the spark plug. This shielding sleeve can be made using a metal tube, solid or perforated, or by metallization of the peripheral outer face of the insulating core 12.

En l'exemple illustré, un deuxième manchon de blindage est prévu entre la ligne haute tension, ou plus particulièrement la tige 58, et l'élément de raccord 52 du dispositif de connexion. Ce blindage peut être réalisé par métallisation de la face interne dudit élément de raccord 52 ou par un tube de chemisage métallique. L'invention peut faire l'objet de nombreuses variantes par rapport au mode de réalisation illustré, dès lors que ces variantes entrent dans le cadre délimité par les revendications. En particulier, l'invention n'est pas limitée à un capteur de pression du type capteur de force piézo-électrique. Le capteur de pression peut être réalisé par tout autre moyen connu, tel qu'une ou plusieurs jauges de contraintes agencées sur le corps extérieur de la bougie d'allumage. In the example illustrated, a second shielding sleeve is provided between the high voltage line, or more particularly the rod 58, and the connecting element 52 of the connection device. This shielding can be achieved by metallization of the inner face of said coupling element 52 or by a metal liner tube. The invention may be subject to numerous variations with respect to the illustrated embodiment, provided that these variants fall within the scope delimited by the claims. In particular, the invention is not limited to a pressure sensor of the piezoelectric force sensor type. The pressure sensor may be made by any other known means, such as one or more strain gauges arranged on the outer body of the spark plug.

Claims

REVENDICATIONS1. Device for ignition and pressure measurement, comprising a spark plug (2) comprising an outer body (14), a pressure sensor (34) mounted on the outer body (14) of the spark plug and comprising a terminal output signal (38), a support tube (4) carrying electronic processing means (44) for said signal, and a metal casing (6) surrounding the support tube, the electronic processing means and the pressure sensor , characterized in that: - the support tube (4) is permanently fitted on one end of the outer body (14), said upper end, which receives the pressure sensor (34), - a conductive element (46) is fixed on the one hand to the output terminal (38) of the pressure sensor and on the other hand to an input terminal of the electronic processing means (44), - an end (61) of the metal casing, said end lower, is fixed to the outer body (14) of said candle, - the envelope met allique (6) comprises gripping means (60) for mounting the device in a cylinder head of an internal combustion engine.

2. Device according to claim 1, characterized in that the gripping means (60) have a hexagonal section.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the gripping means (60) are formed at the end of the envelope, said upper end, opposite its lower end (61).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lower end (61) of the metal casing extends in the immediate vicinity of a seat (22) of the spark plug forming a stop for mounting the device in a cylinder head.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the metal casing (6) is fixed to the outer body (14) of the candle by welding (62) over its entire circumference.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one O-ring (66) is arranged between the support tube (4) and the metal envelope (6) near the upper end of the latter.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electronic processing means (44) are impregnated or potted with an insulating material.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized e that it comprises a shielding sleeve (76) arranged between an insulating core (12) of the spark plug and the support tube (4) at least along a portion of the support tube extending opposite the electronic processing means (44) and to the outer body (14) of the spark plug.

9. An assembly comprising firstly an ignition device and pressure measuring device according to one of claims 1 to 8, and secondly a connection device comprising: - a high voltage line (54) for the power supply of a central electrode (8) of the spark plug, said high voltage line comprising on the one hand a rod (58) conductive adapted to pass through the support tube (4) and be engaged in an insulating core (12) ) of the spark plug, and secondly a connector (56) for connection to a high voltage output terminal of a coil transformer, - a connecting element (52) adapted to be connected to a on the one hand to a connector (50) of the ignition and pressure measuring device connected to an output terminal of the electronic processing means (44) and arranged near the upper end of the metal casing (6) and on the other hand to a signal input terminal of the coil transformer.

An assembly according to claim 9, characterized in that the connecting device comprises a shielding sleeve (74) between the rod (58) of the high-voltage line (54) and the connecting element (52).