WO2005111504A1

WO2005111504A1 - Tete de bougie de prechauffage et capteur de pression piezo-electrique correspondant

Info

Publication number: WO2005111504A1
Application number: PCT/FR2005/000935
Authority: WO
Inventors: Michel Boucard; Bernd Last; Cyrille Patri; Alain Ramond; John Burrows; Sandro Goretti
Original assignee: Siemens Vdo Automotive; Federal-Mogul Ignition Srl
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2005-11-24
Also published as: FR2869394B1; US20070209625A1; JP2007534921A; FR2869394A1; CN101103231A; EP1747403A1

Abstract

L’invention concerne une bougie de préchauffage comportant un capteur de pression monté à l’intérieur d’un élément tubulaire (8) et maintenu à l’aide d’une pièce d’appui dans cet élément tubulaire (8). Ladite pièce d’appui est maintenue dans l’élément tubulaire (8) par déformation plastique (52) de la paroi de l’élément tubulaire.

Description

Tête de bougie de préchauffage et capteur de pression piézo-électrique correspondant

La présente invention concerne une tête de bougie de préchauffage et un capteur de pression piézo-électrique destiné à prendre place dans une telle tête. Il est connu d'intégrer un capteur de pression à une bougie de préchauffage dans un moteur à combustion interne, notamment un moteur Diesel. Ce capteur permet de mesurer la pression interne du moteur. La connaissance de cette pression permet de mieux contrôler le déroulement de la combustion dans ce moteur. On arrive alors à obtenir un meilleur rendement de ce moteur et à limiter d'une part sa consommation en carburant et d'autre part ses émissions polluantes. Une bougie de préchauffage comporte généralement un corps tubulaire présentant sur sa surface extérieure une partie filetée permettant sa fixation dans un alésage correspondant réalisé dans une tête de culasse. Une partie de ce corps se trouve à l'intérieur de la chambre de combustion et l'autre partie à l'extérieur de celle-ci. La partie à l'intérieur de la chambre de combustion porte un doigt à l'intérieur duquel se trouve une électrode de chauffage. Cette dernière est alimentée par une âme qui traverse le corps tubulaire de la bougie. La partie à l'extérieur du moteur est aussi appelée tête de bougie. Au niveau de cette tête, l'âme est connectée à une source d'énergie électrique. Il est également connu de placer le capteur de pression dans cette tête. Pour le montage d'un tel capteur de pression, il est connu des Demanderesses, mais non encore divulgué par elles, de disposer ce capteur dans un logement prévu à cet effet dans le corps de la bougie de préchauffage. Du côté opposé au doigt intégrant l'électrode de chauffage, un taraudage est réalisé et le capteur de pression est ainsi maintenu dans son logement par la mise en place d'un écrou à filetage extérieur. Sur son autre face, le capteur de pression, de type piézo-électrique, repose sur une pièce d'appui par l'intermédiaire d'un élément électriquement isolant et une entretoise relie le doigt de la bougie à la pièce d'appui. Ainsi, le capteur de pression est maintenu par l'écrou et l'entretoise retransmet par l'intermédiaire de la pièce d'appui (et l'élément électriquement isolant) les efforts qu'exerce sur lui la pression à l'intérieur de la chambre de combustion correspondante. Cette solution de montage présente tout d'abord l'inconvénient de nécessiter un usinage important au niveau notamment de la tête de la bougie de préchauffage, notamment du corps de cette bougie. Lors du montage de la bougie de préchauffage et de son capteur de pression, les divers éléments sont mis en place et vers la fin du montage l'écrou à filetage extérieur est mis en place. On a alors constaté qu'il est parfois difficile d'arriver à obtenir une bonne précontrainte du capteur de pression piézoélectrique. Cette précontrainte dépend notamment des tolérances d'usinage et aussi de la rugosité des matériaux. La présente invention a alors pour but de fournir un montage du capteur qui permette de pallier ces inconvénients et qui soit notamment d'un prix de revient moindre et permettant de préférence de bien pouvoir maîtriser la précontrainte exercée sur le capteur de pression. A cet effet, l'invention propose une bougie de préchauffage comportant un capteur de pression monté à l'intérieur d'un élément tubulaire et maintenu à l'aide d'une pièce d'appui dans cet élément tubulaire. Selon l'invention, la pièce d'appui est maintenue dans l'élément tubulaire par déformation plastique de la paroi de l'élément tubulaire. De cette manière, il est possible de limiter les opérations d'usinage pour la mise en place du capteur de pression par rapport à une solution où une pièce d'appui est vissée ou bien est maintenue par une pièce vissée. En effet, aucun filetage n'est nécessaire ici au niveau du capteur de pression. De plus, en déformant la paroi de l'élément tubulaire, il est possible de mieux maîtriser la contrainte exercée sur le capteur. Enfin, lors de la déformation plastique réalisée pour maintenir la pièce d'appui, aucune rotation n'est nécessaire et donc les pièces à l'intérieur de la bougie de préchauffage ne sont pas entraînées en rotation. Dans une forme de réalisation de l'invention, la pièce d'appui est maintenue par matriçage. Pour un meilleur maintien de la pièce d'appui, celle-ci présente avantageusement, au moins sur une partie de sa périphérie, une surface tronconique, la base de grand diamètre du tronc de cône étant orientée vers le capteur de pression. Une forme de réalisation avantageuse prévoit que le capteur de pression est un capteur piézo-électrique comportant un élément piézo-électrique monté entre deux éléments de contact, et que l'élément piézo-électrique présente une forme annulaire présentant à sa périphérie un méplat. Cette solution permet d'optimiser la surface du capteur de pression sans avoir à modifier la paroi du logement recevant le capteur de pression. Dans cette forme de réalisation, l'élément piézo-électrique et les éléments de contacts sont par exemple disposés sensiblement transversalement dans l'élément tubulaire ; les éléments de contact présentent chacun à leur périphérie une languette de connexion s'étendant sensiblement longitudinalement par rapport à l'élément tubulaire, et les languettes de connexion sont disposées face au méplat de l'élément piézo-électrique. Dans une bougie de préchauffage selon l'invention, l'élément tubulaire peut comporter une paroi intérieure sensiblement cylindrique circulaire. L'élément tubulaire recevant le capteur de pression peut être un corps tubulaire, appelé généralement corps de bougie, permettant la fixation de la bougie de préchauffage dans une culasse de moteur à combustion interne. Il peut toutefois également s'agir d'une autre pièce comportant un logement pour recevoir le capteur de pression. Dans le cas où le capteur de pression est monté dans le corps de bougie et que ce dernier est fixé dans la culasse par vissage et comporte une zone de préhension de section transversale hexagonale pour faciliter son vissage et dévissage, alors la déformation plastique permettant le maintien de la pièce d'appui est par exemple réalisée au voisinage de la zone de préhension. La présente invention concerne également un moteur à combustion interne, notamment moteur de type Diesel, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une bougie de préchauffage telle que décrite ci-dessus. Enfin, l'invention propose également un procédé de montage d'un capteur de pression dans une tête de bougie de préchauffage, dans lequel le capteur est mis en place dans un logement de forme adaptée puis maintenu à l'aide d'une pièce d'appui. Selon l'invention, le maintien de la pièce d'appui est réalisé par déformation plastique de la paroi du logement recevant le capteur et la pièce d'appui. Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé, sur lequel : La figure 1 montre en coupe longitudinale un exemple de bougie de préchauffage antérieure à l'invention, La figure 2 montre en vue de côté une bougie de préchauffage selon l'invention, La figure 3 montre en vue de dessus et à échelle agrandie la bougie de la figure 2, et La figure 4 montre en perspective et à grande échelle le capteur piézo- électrique de la bougie des figures 2 et 3 avec une pièce d'appui correspondante. La figure 1 représente en coupe longitudinale une bougie de préchauffage d'un modèle antérieur à l'invention (mais non divulgué au moment du premier dépôt de la présente demande de brevet). Cette bougie comporte un capteur de pression de manière à pouvoir mesurer la pression dans un cylindre de moteur. Cette bougie de préchauffage 2 est montée de manière classique dans un moteur 4, de type Diesel, et plus précisément dans une culasse 6 de ce moteur. Elle comporte un corps 8, un doigt 10, une âme 12 et un capteur de pression 14. Le corps 8 est adapté à être fixé au moteur 4 par vissage. A cet effet, la culasse 6 comporte un alésage taraudé la traversant et débouchant dans une chambre de combustion dudit moteur. Le corps 8 présente quant à lui sur sa surface extérieure un filetage 16 correspondant au taraudage réalisé dans la culasse 6. Lorsque la bougie est montée dans le moteur 4, une partie du corps 8 s'étend vers l'intérieur du moteur, c'est-à-dire vers la chambre de combustion, tandis qu'une autre partie s'étend vers l'extérieur du moteur. Le corps 8 est un corps tubulaire et est par exemple réalisé en acier. Dans cette forme de réalisation (figure 1 ), le doigt 10 est monté à l'intérieur du corps 8 tubulaire, dans lequel il est ajusté avec serrage, et fait saillie à l'intérieur de la chambre de combustion. Ce doigt 10 intègre une électrode de chauffage (non représentée). L'âme 12 est destinée à alimenter en énergie électrique cette électrode et traverse le corps 8 depuis le doigt 10 jusqu'à l'extrémité du corps 8 opposée à celle de laquelle le doigt 10 fait saillie. Cette âme 12 est alors raccordée, par des moyens non représentés, à un conducteur d'alimentation. Le capteur de pression 14 est prévu pour mesurer la pression à l'intérieur de la chambre de combustion correspondante. Dans la forme de réalisation de la figure 1 , ce capteur de pression 14 comporte un élément piézoélectrique 18 disposé entre deux éléments de contact 20 réalisés dans un matériau conducteur de l'électricité. Le capteur est ensuite lui-même isolé électriquement du reste de la bougie de préchauffage 2 par des éléments électriquement isolants 22. Dans cette forme de réalisation, le capteur de pression 14 vient également prendre appui par l'intermédiaire d'une pièce d'appui 24 sur le corps 8. Le capteur de pression 14 est solidarisé au corps 8 par sa surface supérieure et prend appui contre le doigt 10 de telle sorte que la pression exercée sur ce doigt le comprime contre le corps 8. A cet effet, le capteur de pression 14 prend appui sur une entretoise 38 qui repose sur le doigt 10 et qui est disposée dans le corps 8. La compression du capteur de pression 14 contre le doigt 10 (par l'intermédiaire de l'entretoise 38 et de la pièce d'appui 24) ainsi que sa solidarisation au corps 8 est assurée par un écrou à filetage extérieur 36. Cet écrou n'est pas en contact avec l'âme 12 mais coopère avec un taraudage réalisé sur la face interne de la paroi latérale 46 d'un logement 48 réalisé dans le corps 8 pour recevoir le capteur de pression 14. La présente invention propose de maintenir le capteur de pression 14 différemment. La figure 2 montre en vue extérieure une bougie de préchauffage selon l'invention. Cette bougie présente en coupe longitudinale par exemple une structure quasi similaire à celle représentée sur la figure 1. Toute autre structure de bougie peut bien entendu être également envisagée ici. Dans la suite de la description, les éléments d'une bougie selon l'invention similaires à ceux de la bougie représentée sur la figure 1 seront désignés avec les mêmes références. En outre, on considère que la bougie de préchauffage est orientée et que sa tête, comportant notamment le capteur de pression, se trouve en position haute tandis que le doigt de cette bougie, se trouvant à l'intérieur du moteur, est considéré comme étant en position basse. La bougie selon l'invention présente également un logement 48 similaire au logement 48 de la figure 1. Sur le capteur de pression 14, vient prendre place une seconde pièce d'appui 50. Cette dernière vient fermer la face ouverte supérieure du logement 48. Alors que dans la forme de réalisation de la figure 1 la fermeture de ce logement 48 était assurée par un écrou à filetage extérieur, qui servait également de pièce d'appui pour le capteur piézo-électrique, la seconde pièce d'appui 50 est ici maintenue par matriçage. Lors de l'opération de matriçage, la paroi latérale 46 du logement 48 est déformée plastiquement de manière à venir emprisonner la seconde pièce d'appui 50. On remarque sur la figure 2 des empreintes 52 résultant de ce matriçage. Comme on peut le voir sur la figure 2, le corps 8 de la bougie de préchauffage présente, au niveau de sa tête, une zone de préhension 54 de section transversale hexagonale. Cette zone de préhension 54 est utilisée pour le vissage et le dévissage de la bougie de préchauffage dans la culasse 6. La tête de la bougie de préchauffage de la figure 2 comporte dans sa partie basse la zone de préhension 54 hexagonale. Au dessus de cette zone de préhension, la tête de la bougie de préchauffage présente une surface extérieure périphérique cylindrique circulaire. Le matriçage est alors réalisé dans cette zone cylindrique circulaire se trouvant au-dessus de la zone de préhension 54. Dans la forme de réalisation de la bougie de préchauffage représentée ici, le capteur de pression piézo-électrique est de forme globalement annulaire (un trou central est prévu pour le passage de l'âme 12) présentant à sa périphérie un méplat 56. L'élément piézo-électrique 18, les éléments de contact 20 ainsi que la seconde pièce d'appui 50 reprennent cette forme annulaire présentant un méplat 56. Les éléments de contact 20, et l'élément piézo-électrique 18, sont disposés transversalement par rapport au logement 48 les recevant. Chaque élément de contact 20 porte une languette de connexion 58 s'étendant perpendiculairement au plan de l'élément de contact 20 correspondant. Ces languettes de connexion 58 s'étendent donc longitudinalement par rapport au logement 48 et s'étendent sensiblement parallèlement à l'âme 12. Comme le montre la figure 3, le fait de prévoir un méplat 56 dans le capteur de pression 14 permet de loger le capteur de pression 14 dans le logement 48 sans avoir à prévoir une encoche ou autre dans la paroi latérale 46 de ce logement afin de permettre le passage des languettes de connexion 58. Comme on peut le constater sur la figure 4, la seconde pièce d'appui 50 présente une forme légèrement tronconique. Le diamètre de la face inférieure de cette seconde pièce d'appui 50, c'est-à-dire la face orientée vers le capteur de pression 14, est légèrement supérieur au diamètre de la face supérieure de cette seconde pièce d'appui 50. Lors de l'opération de matriçage, la paroi latérale 46 vient au moins partiellement épouser cette forme tronconique et ceci garantit le parfait maintien de cette seconde pièce d'appui 50 dans le logement 48. Par rapport au maintien du capteur de pression par un bouchon vissé

(cas de la figure 1), le fait de mettre en place le capteur dans son logement, puis de le recouvrir par une pièce d'appui avant de venir déformer la paroi latérale du logement pour emprisonner cette pièce d'appui, et donc aussi le capteur de pression, sont très intéressants. Tout d'abord, les coûts d'usinage pour la bougie de préchauffage correspondante sont sensiblement diminués. En effet, il n'est plus nécessaire de réaliser un taraudage dans le logement recevant le capteur de pression. Le montage est lui aussi facilité, ce qui permet d'obtenir un coût de montage réduit. Dans une bougie de préchauffage selon l'invention, il est également plus facile, par rapport aux bougies telles celle de la figure 1 , de contrôler la précontrainte exercée sur le capteur de pression lorsqu'on vient fermer le logement dans lequel se trouve ce capteur. Lorsque ce logement est fermé à l'aide d'un écrou, le couple exercé sur cet écrou est régulé de manière à obtenir une contrainte sur le capteur de pression. En fonction des tolérances de fabrication des pièces, des rugosités, il est alors difficile de garantir une charge sur le capteur ainsi maintenu. La solution proposée par l'invention permet de beaucoup mieux maîtriser cette charge. Enfin lors de la mise en place de l'écrou à filetage extérieur, les divers composants à l'intérieur de la bougie de préchauffage sont entraînés en rotation. On ne retrouve bien entendu pas cet inconvénient avec une bougie de préchauffage selon l'invention, telle que décrite ci-dessus. La présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif. Elle concerne également toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier. Ainsi, la présente invention peut s'appliquer notamment à de nombreuses structures de bougies de préchauffage intégrant un capteur de pression. Le procédé proposé peut s'appliquer lorsque le capteur de pression est monté dans le corps de la bougie de préchauffage mais il peut également s'appliquer lorsque le capteur est monté dans un logement d'une autre pièce.

Claims

REVENDICATIONS 1. Bougie de préchauffage (2) comportant un capteur de pression (14) monté à l'intérieur d'un élément tubulaire (8) et maintenu à l'aide d'une pièce d'appui (50) dans cet élément tubulaire (8), caractérisée en ce que la pièce d'appui (50) est maintenue dans l'élément tubulaire (8) par déformation plastique de la paroi (46) de l'élément tubulaire. 2. Bougie de préchauffage selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la pièce d'appui (50) est maintenue par matriçage. 3. Bougie de préchauffage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la pièce d'appui (50) présente, au moins sur une partie de sa périphérie, une surface tronconique, la base de grand diamètre du tronc de cône étant orientée vers le capteur de pression (14). 4. Bougie de préchauffage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le capteur de pression (14) est un capteur piézo-électrique comportant un élément piézo-électrique (18) monté entre deux éléments de contact (20), et en ce que l'élément piézo-électrique (18) présente une forme annulaire présentant à sa périphérie un méplat (56). 5. Bougie de préchauffage selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'élément piézo-électrique (18) et les éléments de contacts (20) sont disposés sensiblement transversalement dans l'élément tubulaire (8), en ce que les éléments de contact (20) présentent chacun à leur périphérie une languette de connexion (58) s'étendant sensiblement longitudinalement par rapport à l'élément tubulaire (8), et en ce que les languettes de connexion (58) sont disposées face au méplat (56) de l'élément piézo-électrique (18). 6. Bougie de préchauffage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'élément tubulaire (8) comporte une paroi intérieure sensiblement cylindrique circulaire. 7. Bougie de préchauffage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'élément tubulaire (8) recevant le capteur de pression (14) est un corps tubulaire (8) permettant la fixation de la bougie de préchauffage (2) dans une culasse (6) de moteur à combustion interne. 8. Bougie de préchauffage selon la revendication 7, caractérisée en ce que le corps tubulaire (8) est fixé dans la culasse (6) par vissage et comporte une zone de préhension (54) de section transversale hexagonale pour faciliter son vissage et dévissage, et en ce que la déformation plastique permettant le maintien de la pièce d'appui (50) est réalisée au voisinage de la zone de préhension (54). 9. Moteur à combustion interne, notamment moteur de type Diesel, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une bougie de préchauffage (2) selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Procédé de montage d'un capteur de pression (14) dans une tête de bougie de préchauffage (2), dans lequel le capteur est mis en place dans un logement (48) de forme adaptée puis maintenu à l'aide d'une pièce d'appui (50), caractérisé en ce que le maintien de la pièce d'appui (50) est réalisé par déformation plastique de la paroi (46) du logement (48) recevant le capteur et la pièce d'appui (50).