WO2016173703A1 - Capteur de mesure de la pression regnant dans un cylindre d'un vehicule automobile - Google Patents

Capteur de mesure de la pression regnant dans un cylindre d'un vehicule automobile Download PDF

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WO2016173703A1
WO2016173703A1 PCT/EP2016/000658 EP2016000658W WO2016173703A1 WO 2016173703 A1 WO2016173703 A1 WO 2016173703A1 EP 2016000658 W EP2016000658 W EP 2016000658W WO 2016173703 A1 WO2016173703 A1 WO 2016173703A1
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WO
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sensor
tubular
cylinder
longitudinal axis
pressure
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/000658
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English (en)
Inventor
Matthieu Joly
Cyrille Patri
Original Assignee
Continental Automotive France
Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00Testing of engines
    • G01M15/04Testing internal-combustion engines
    • G01M15/08Testing internal-combustion engines by monitoring pressure in cylinders
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/08Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
    • G01L23/10Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by pressure-sensitive members of the piezoelectric type
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • GPHYSICS
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0681Protection against excessive heat

Definitions

  • the present invention relates to the field of electronic measurement sensors and relates more particularly to a pressure sensor and a motor vehicle comprising such a sensor.
  • the invention is particularly applicable in the field of pressure measurement sensors mounted on motor vehicle engine cylinders.
  • a motor vehicle comprising cylinders closed by a cylinder head for fuel combustion
  • mount for each cylinder through a hole of the cylinder head, a sensor for measuring the pressure of the gases in said cylinder and generating a signal representing the variations of the value of this pressure over time.
  • This signal is sent to a computer of the vehicle to control different parameters.
  • the signal may be used by a computer to decide the optimum timing of fuel injection into the cylinder to improve engine operation and / or reduce pollutant emissions.
  • this pressure sensor 1 comprises a tubular body 2 extending along a longitudinal axis Xi and a pressure sensitive element 3 mounted in said tubular body 2.
  • the sensitive element 3 comprises a piezoelectric module 3A for converting a mechanical stress into an electrical voltage, a member 3B for transmitting said mechanical stress to the piezoelectric module 3A and a flange 3C for receiving the piezoelectric module 3A and the element transmission 3B.
  • This flange 3C comprises a tubular portion 3C-1, a 3C-2 elastically deformable membrane and a shoulder 3C-3.
  • the piezoelectric module 3A and the transmission member 3B are housed in the tubular portion 3C-1 which is itself mounted coaxially in the body 2.
  • the membrane 3C-2 comprises a circular portion 3C-21 extending transversely in the tubular portion 3C-1 so as to obstruct it and a connecting protrusion 3C-22 extending from the center of said circular portion 3C-21 along the longitudinal axis Xi to connect the membrane 3C-2 to the transmission member 3B.
  • the shoulder 3C-3 extends radially, relative to the longitudinal axis Xi, from the tubular portion 3C-1 to allow the attachment of the flange 3C to the body 2 by welding at a first weld S ! .
  • the sensor 1 finally comprises a skirt 4 fixed by welding on the shoulder 3C-3 at a second weld S 2 .
  • This skirt 4 has a "
  • the membrane 3C-2 deforms under the effect of the pressure prevailing in the cylinder, thereby generating a mechanical stress transmitted by the transmission member 3B to the piezoelectric module 3A which converts it into an electrical voltage representing the pressure prevailing in the cylinder.
  • the yoke can be deformed under the effect of temperature and engine stress, which can then cause a deformation of the sensor 1 and in particular the 3C-2 membrane. Such deformation of the membrane 3C-2 is likely to disturb the transmission of the mechanical stresses between the membrane 3C-2 and the piezoelectric module 3A and thus the operation of the sensor 1.
  • the force fitting of the sensor 1 in the hole of the cylinder head may cause mechanical deformation of the skirt 4 and the shoulder 3C-3, subjected to forces E, so as to deform the membrane 3C-3. 2, which has the aforementioned drawbacks.
  • the invention relates to a sensor for measuring the pressure in a cylinder of a motor vehicle, said sensor comprising a tubular body extending along a longitudinal axis and an element sensitive to variations in said pressure, mounted in a said tubular body, said sensing element comprising a piezoelectric module for converting a mechanical stress into an electrical voltage representing the value of the pressure prevailing in the cylinder, a member for transmitting said mechanical stress to the piezoelectric module and a receiving flange of the piezoelectric module and the transmission member, said flange comprising: A tubular portion mounted coaxially in the body and in which are housed the transmission member and the piezoelectric module,
  • a fixing portion of the flange on the body extending radially, with respect to the longitudinal axis, from the tubular portion,
  • the senor being remarkable in that the connecting zone and the fixing portion are separated by a non-zero distance along the longitudinal axis and in that the flange comprises, between the connection zone and the fixing portion, a portion absorption of a mechanical deformation.
  • the absorption portion deforms when the flange is subjected to efforts.
  • the absorption portion being located between the membrane connecting zone and the fastening portion of the flange on the body, the membrane is then protected from the forces to which the fastening portion is subjected.
  • Such a sensor is thus protected from malfunctions related to the transmission of mechanical stresses from the membrane.
  • the distance separating the connection zone and the fixing portion is greater than 1.5 mm in order to protect the membrane from temperature variations of the fixing portion.
  • the absorption portion has at least a thickness less than the thickness of the tubular portion which is at the level of the connecting zone so that the tubular portion deforms at the absorption portion when the it is subjected to efforts, thus protecting the membrane from deformations.
  • the absorption portion has a minimum thickness of less than 0.5 mm.
  • the absorption portion extends along the longitudinal axis over a distance greater than 0.5 mm.
  • the attachment portion and the absorption portion are derived from material of the tubular portion to be easy to manufacture.
  • the senor comprises a conical skirt welded to the fixing portion, the attachment portion extends along the longitudinal axis of a thickness of less than 0.5 mm in order to weld the skirt and the portion fastening to the body thanks to a unique laser welding. .
  • the senor comprises a conical skirt, said skirt being derived from material of the fastening portion to be easy to manufacture.
  • the invention also relates to a vehicle comprising a cylinder head, comprising at least one cylinder, and at least one measuring sensor, as presented above, the pressure inside said cylinder, said sensor being mounted in said cylinder head.
  • the invention also relates to a method of assembling a measuring sensor as presented above comprising a single step of welding the skirt and the fixing portion on the tubular body.
  • a single laser weld advantageously allows easy and fast manufacture of the sensor while limiting the risk of deformation of the membrane by the heat generated during welding.
  • FIG. 1 is a schematic view in longitudinal section of a pressure sensor according to the prior art
  • FIG. 2 is a schematic view in longitudinal section of an embodiment of the pressure sensor according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of a second embodiment of the sensor according to the invention.
  • the sensor according to the invention is intended to be mounted on a cylinder head of a motor vehicle in order to measure the pressure of the gases contained in a cylinder of said cylinder head.
  • the sensor is configured to be introduced into an orifice (not shown) of the cylinder head opening, on one side, into a cylinder and, on the other hand, outside the cylinder head.
  • Such a sensor transforms in a known manner the mechanical stress generated by the pressure in the cylinder into an electrical signal representative of said pressure which is sent to an on-board computer of the vehicle in order to optimize various operating parameters of the vehicle such that, for example, example, its fuel consumption.
  • FIG. 2 there is shown a first embodiment of a pressure sensor 10 according to the invention.
  • the sensor 10 firstly comprises a tubular body 20 of elongated shape extending along a longitudinal axis Xi 0 between a gripping end (no _
  • a measuring end 20A and a measuring end 20A, and comprising a substantially cylindrical inner surface 20B delimiting an inner cavity 20C.
  • the gripping end is used for mounting and disassembling the sensor 10 in the bolt hole by screwing and unscrewing from outside the cylinder head.
  • the body 10 has a thread (not shown) on a portion of its outer surface cooperating with a tapping of the orifice.
  • the measuring end 20A is configured to receive an element 30 responsive to variations in gas pressure in the cylinder.
  • This sensitive element 30 is mounted both at the measuring end 20A and in the internal cavity 20C of the tubular body 20.
  • the measuring end 20A has a circular surface for welding the sensitive element 30 to the tubular body 20 extending in a plane perpendicular to the longitudinal axis X 10 and allowing in particular the blocking of the element sensitive in the tubular body 2 along the longitudinal axis Xi 0 .
  • the sensitive element 30 comprises a piezoelectric module 30A, a transmission member 30B and a flange 30C.
  • the flange 30C is arranged, on the one hand, to receive the piezoelectric module 30A and the transmission member 30B and, on the other hand, to receive a mechanical stress generated by the pressure in the cylinder.
  • the transmission member 30B extends longitudinally along the longitudinal axis Xi 0 and is arranged to move along said longitudinal axis Xi 0 under the effect of a mechanical stress received by the flange 30C in order to transmit it to the piezoelectric module 30A.
  • the piezoelectric module 30A is configured to convert a mechanical stress transmitted by the transmission member 30B into an electrical voltage representative of the value of the pressure prevailing in the cylinder.
  • the operation of such a piezoelectric module 30A is known to those skilled in the art, it will not be presented in more detail.
  • the flange 30C comprises a tubular portion 30C-1, a membrane 30C-2 extending in said tubular portion 30C-1 and a portion 30C-3 for fixing the flange 30C to the sensor body 2.
  • the tubular portion 30C-1 extends longitudinally along the axis X 0 and defines a hollow interior space 30C-1 1 in which are housed the transmission member 30B and the piezoelectric module 30A.
  • the tubular portion 30C-1 comprises a 30C-12 bonding zone of the 30C-2 membrane on the tubular portion 30C-1 in the space "
  • the tubular portion 30C-1 has, at the connection zone 30C-12, a thickness of about 0.8 mm in order to stiffen the membrane 30C-2.
  • the membrane 30C-2 comprises a circular portion 30C-21 extending transversely in the tubular portion 30C-1 so as to obstruct it and a connecting protrusion 30C-22 extending from the center of said circular portion 30C-21 along the longitudinal axis ⁇ ⁇ 0 to connect the membrane 30C-2 to the transmission member 30B.
  • the circular portion 30C-21 has a small thickness, of the order of 0.3 mm, allowing its elastic deformation under the effect of the pressure in the cylinder.
  • the membrane 30C-2 is derived from material of the tubular portion 30C-1. It has been presented a membrane 30C-2 material from the tubular portion 30C-1, but it goes without saying that the membrane 30C-2 could be a separate piece mounted in the interior space of the tubular portion 30C-1, for example by gluing, screwing, welding, etc. Similarly, the membrane may be of flattened shape, then extending radially to the longitudinal axis Xio, or of concave or convex shape.
  • the fixing portion 30C-3 extends radially, with respect to the longitudinal axis X 10 , from the tubular portion 30C-1 and allows the attachment by welding of the flange 30C to the body 20 at a weld S 10 . More particularly, the fixing portion 30C-3 is adapted to come into contact with the fastening surface of the tubular body 2 in order to be welded to assemble the sensor 10.
  • the fixing portion 30C-3 has a thickness, according to FIG. longitudinal axis X 10) less than 0.8 mm, preferably of the order of 0.4 mm.
  • connection zone 30C-12 of the membrane 30C-2 and the fixing portion 30C-3 are separated by a distance along the longitudinal axis Xi 0, which is not zero, preferably greater than 1 , 5 mm.
  • a separation distance advantageously makes it possible to protect the membrane 30C-2 from possible deformations of the fixing portion 30C-3 and in particular from the heat generated during the welding of the fixing portion 30C-3 on the tubular body 20.
  • the tubular portion 30C-1 has, between the connection zone 30C-12 and the fixing portion 30C-3, an absorption portion 30C-4.
  • This absorption portion 30C-4 has a reduced thickness relative to the thickness of the tubular portion 3C-1 which is located at the connecting zone 30C-12.
  • the thickness at the absorption portion 30C-4 gradually decreases to a thickness of less than 0.5 mm.
  • the thickness of the tubular portion 30C-1 is thus reduced along a length, along the longitudinal axis X 10 , of the order of 0.5 mm.
  • Such absorption portion 30C-4 allows a deformation of the tubular portion 30C-1 when the fixing portion 30C-3 is subjected to efforts while preventing this deformation propagates to the membrane 30C-2.
  • the sensor comprises a skirt 40.
  • the skirt 40 has a zone of attachment to the flange 30C and a conical portion 41 enabling the sensor 1 to be mounted in force. the hole of the breech.
  • the skirt 40 is mounted on the flange 30C at the fixing portion 30C-3, on the opposite side to the tubular body 2.
  • the fixing portion 30C-3 is connected, on the one hand, to the tubular body 2 and on the other hand, to the skirt 40.
  • the skirt 40 is preferably welded to the flange 30C.
  • the skirt 40 defines a cylindrical opening 42 at its center.
  • skirt 30C-5 may be derived from the material of the fastening portion 30C-3 while presenting the same shapes and dimensions as in the first embodiment of the sensor 10 presented above.
  • the sensitive element 30 When mounting the sensor 10 according to the invention, the sensitive element 30 is first assembled. To do this, the piezoelectric module 30A and the transmission member 30B are mounted in the inner space 30C-11 of the flange 30C, the transmission member 30B being in contact, on the one hand, with the membrane 30C. 2 at the connecting protrusion 30C-22, and secondly with the piezoelectric module 30A.
  • the sensitive element 30 is then mounted coaxially in the tubular body 2 so that the fixing portion 30C-3 is in contact with the measuring end 20A of the body 2.
  • the fixing portion 30C-3 and the body 2 are welded together by laser welding at a weld S 10 .
  • the connection zone 30C-12 of the membrane 30C-2 being separated from the fixing portion 30C-3, the heat generated by the weld S 10 does not deform said membrane 30C-2.
  • the sensor 10 comprises a reported skirt 40
  • the skirt 40 is welded to the fixing portion 30C-3 on the opposite side to the body 2.
  • the sensor 10 thus assembled is then introduced into the hole of the cylinder head by the conical end 30C-5, 41.
  • the tubular body 2 is screwed into said orifice to force the sensor 10 into the hole.
  • the forces due to the force fitting of the conical end 30C-5, 41 by screwing the gripping end of the body 2 are advantageously absorbed by the deformation of the absorption portion 30C-4 of the tubular portion 30C-1 30C flange.
  • the membrane 30C-2 is protected and is not deformed during this mounting operation.
  • the membrane 30C-2 deforms under the effect of the pressure, thus generating a mechanical stress transmitted by the transmission member 30B to the piezoelectric module 30A which converts it into a voltage representing the pressure within the cylinder.
  • connection zone 30C-12, of the fixing portion 30C-3, of the absorption portion as shown in the figures so as to illustrate an exemplary embodiment of the invention, can not be interpreted as limiting.

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Abstract

La présente invention a pour objet un capteur de mesure (10) de la pression régnant dans un cylindre d'un véhicule automobile, ledit capteur (10) comprenant un corps tubulaire (20) et un élément sensible (30) aux variations de ladite pression, monté dans ledit corps tubulaire (20). L'élément sensible (30) comprend une bride (30C) comportant une portion de fixation (30C-3) de la bride (30C) sur le corps tubulaire (20), une portion tubulaire (30C-1 ) et une membrane (30C-2) fixée sur ladite portion tubulaire (30C-1) au niveau d'une zone de liaison (30C-12). Le capteur (10) est remarquable en ce que la zone de liaison (30C-12) et la portion de fixation (30C-3) sont séparées d'une distance non nulle selon l'axe longitudinal (X10) et en ce que la bride (30C) comprend, entre la zone de liaison (30C-12) et la portion de fixation (30C-3), une portion d'absorption d'une déformation mécanique.

Description

1
Capteur de mesure de la pression régnant
dans un cylindre d'un véhicule automobile
La présente invention se rapporte au domaine des capteurs électroniques de mesure et concerne plus particulièrement un capteur de mesure de pression et un véhicule automobile comprenant un tel capteur.
L'invention trouve particulièrement son application dans le domaine des capteurs de mesure de pression montés sur les cylindres de moteur de véhicule automobile.
Dans un véhicule à moteur comprenant des cylindres fermés par une culasse pour la combustion du carburant, il est connu de monter pour chaque cylindre, à travers un orifice de la culasse, un capteur permettant de mesurer la pression des gaz dans ledit cylindre et de générer un signal représentant les variations de la valeur de cette pression dans le temps.
Ce signal est envoyé à un calculateur du véhicule afin de contrôler différents paramètres. Par exemple, le signal peut être utilisé par un calculateur pour décider du moment optimum d'injection du carburant dans le cylindre afin d'améliorer le fonctionnement du moteur et/ou réduire les émissions de polluants.
Comme illustré à la figure 1 , ce capteur 1 de mesure de pression comprend un corps tubulaire 2 s'étendant selon un axe longitudinal Xi et un élément sensible 3 aux variations de pression, monté dans ledit corps tubulaire 2.
L'élément sensible 3 comprend un module piézoélectrique 3A de conversion d'une contrainte mécanique en une tension électrique, un organe 3B de transmission de ladite contrainte mécanique au module piézoélectrique 3A et une bride 3C de réception du module piézoélectrique 3A et de l'organe de transmission 3B.
Cette bride 3C comprend une portion tubulaire 3C-1 , une membrane 3C-2 déformable élastiquement et un épaulement 3C-3.
Le module piézoélectrique 3A et l'organe de transmission 3B sont logés dans la portion tubulaire 3C-1 qui est elle-même montée de manière coaxiale dans le corps 2.
La membrane 3C-2 comprend une portion circulaire 3C-21 s'étendant transversalement dans la portion tubulaire 3C-1 de sorte à l'obstruer et une protubérance de liaison 3C-22 s'étendant depuis le centre de ladite portion circulaire 3C-21 selon l'axe longitudinal Xi afin de relier la membrane 3C-2 à l'organe de transmission 3B.
L'épaulement 3C-3 s'étend radialement, par rapport à l'axe longitudinal Xi, depuis la portion tubulaire 3C-1 pour permettre la fixation de la bride 3C sur le corps 2 par soudage au niveau d'une première soudure S!.
Le capteur 1 comprend enfin une jupe 4 fixée par soudage sur l'épaulement 3C-3 au niveau d'une deuxième soudure S2. Cette jupe 4 présente une „
2
forme conique permettant de monter à force le capteur de mesure 1 dans un orifice de la culasse du véhicule.
En fonctionnement du capteur 1 , la membrane 3C-2 se déforme sous l'effet de la pression régnant dans le cylindre, générant ainsi une contrainte mécanique transmise par l'organe de transmission 3B au module piézoélectrique 3A qui la convertit en une tension électrique représentant la pression régnant dans le cylindre.
Un tel capteur 1 présente cependant des inconvénients.
Tout d'abord, un tel montage nécessite, d'une part, le soudage par laser de l'épaulement 3C-3 sur le corps 2 et, d'autre part, le soudage par laser de la jupe 4 sur l'épaulement 3C-3, ce qui peut s'avérer complexe, chronophage et coûteux.
De plus, la culasse peut se déformer sous l'effet de la température et des contraintes du moteur, ce qui peut alors entraîner une déformation du capteur 1 et notamment de la membrane 3C-2. Une telle déformation de la membrane 3C-2 est susceptible de perturber la transmission des contraintes mécaniques entre la membrane 3C-2 et le module piézoélectrique 3A et donc le fonctionnement du capteur 1.
Afin de pallier en partie cet inconvénient, il est connu de monter la membrane 3C-2 au niveau de l'épaulement 3C-3 afin de la rigidifier et de limiter ainsi les impacts d'une déformation du capteur 1 sur la membrane 3C-2.
Cependant, dans ce cas, lors du soudage de l'épaulement 3C-3 sur le corps 2 (soudure et du soudage (soudure S2) de la jupe 4 sur l'épaulement 3C-3, la chaleur dégagée par de tels soudages au niveau de l'épaulement 3C-3 se transmet à la membrane 3C-2 et peut en entraîner une déformation, ce qui présente là encore les inconvénients précités.
En outre, le montage à force du capteur 1 dans l'orifice de la culasse peut entraîner une déformation mécanique de la jupe 4 et de l'épaulement 3C-3, soumis à des efforts E, de sorte à déformer alors la membrane 3C-2, ce qui présente les inconvénients précités.
Il existe donc un besoin pour un capteur de pression dont l'assemblage est aisé et sans risque de déformation de la membrane.
A cet effet, l'invention concerne un capteur de mesure de la pression régnant dans un cylindre d'un véhicule automobile, ledit capteur comprenant un corps tubulaire s'étendant selon un axe longitudinal et un élément sensible aux variations de ladite pression, monté dans ledit corps tubulaire, ledit élément sensible comprenant un module piézoélectrique de conversion d'une contrainte mécanique en une tension électrique représentant la valeur de la pression régnant dans le cylindre, un organe de transmission de ladite contrainte mécanique au module piézoélectrique et une bride de réception du module piézoélectrique et de l'organe de transmission, ladite bride comprenant : • une portion tubulaire montée de manière coaxiale dans le corps et dans laquelle sont logés l'organe de transmission et le module piézoélectrique,
• une membrane, déformable élastiquement pour générer une contrainte mécanique sous l'effet de ladite pression, s'étendant au centre de la portion tubulaire et étant reliée, d'une part, à ladite portion tubulaire au niveau d'une zone de liaison et, d'autre part, au module piézoélectrique par ledit organe de transmission, et
• une portion de fixation de la bride sur le corps s'étendant radialement, par rapport à l'axe longitudinal, depuis la portion tubulaire,
le capteur étant remarquable en ce que la zone de liaison et la portion de fixation sont séparés d'une distance non nulle selon l'axe longitudinal et en ce que la bride comprend, entre la zone de liaison et la portion de fixation, une portion d'absorption d'une déformation mécanique.
Grâce au capteur selon l'invention, la portion d'absorption se déforme lorsque la bride est soumise à des efforts. La portion d'absorption étant située entre la zone de liaison de la membrane et la portion de fixation de la bride sur le corps, la membrane est alors protégée des efforts auxquels la portion de fixation est soumise. Un tel capteur est ainsi protégé des dysfonctionnements liés à la transmission des contraintes mécaniques depuis la membrane.
De préférence, la distance séparant la zone de liaison et la portion de fixation est supérieure à 1 ,5 mm afin de protéger la membrane des variations de température de la portion de fixation.
De préférence encore, la portion d'absorption présente au moins une épaisseur inférieure à l'épaisseur de la portion tubulaire qui se situe au niveau de la zone de liaison afin que la portion tubulaire se déforme au niveau de la portion d'absorption lorsqu'elle est soumise à des efforts, protégeant ainsi la membrane des déformations.
De manière avantageuse, la portion d'absorption présente une épaisseur minimale inférieure à 0,5 mm.
Avantageusement encore, la portion d'absorption s'étend selon l'axe longitudinal sur une distance supérieure à 0,5 mm.
Selon une caractéristique de l'invention, la portion de fixation et la portion d'absorption sont issues de matière de la portion tubulaire afin d'être aisées à fabriquer.
Dans une première forme de réalisation, le capteur comprend une jupe conique soudée à la portion de fixation, la portion de fixation s'étend selon l'axe longitudinal d'une épaisseur inférieure à 0,5 mm afin de souder la jupe et la portion de fixation au corps grâce à une unique soudure laser. .
4
Dans une deuxième forme de réalisation, le capteur comprend une jupe conique, ladite jupe étant issue de matière de la portion de fixation afin d'être aisée à fabriquer.
L'invention concerne également un véhicule comprenant une culasse, comprenant au moins un cylindre, et au moins un capteur de mesure, tel que présenté précédemment, de la pression à l'intérieur dudit cylindre, ledit capteur étant monté dans ladite culasse.
L'invention concerne aussi un procédé d'assemblage d'un capteur de mesure tel que présenté précédemment comprenant une unique étape de soudure de la jupe et de la portion de fixation sur le corps tubulaire. Une unique soudure laser permet avantageusement une fabrication aisée et rapide du capteur tout en limitant les risques de déformation de la membrane par la chaleur dégagée lors du soudage.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et se référant aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un capteur de pression selon l'art antérieur,
- la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une forme de réalisation du capteur de pression selon l'invention,
- la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une deuxième forme de réalisation du capteur selon l'invention.
Il faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour sa mise en oeuvre, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant.
Le capteur selon l'invention est destiné à être monté sur une culasse d'un véhicule automobile afin de mesurer la pression des gaz contenus dans un cylindre de ladite culasse. A cette fin, le capteur est configuré pour être introduit dans un orifice (non représenté) de la culasse débouchant, d'un côté, dans un cylindre et, d'un autre côté, à l'extérieur de la culasse.
Un tel capteur transforme de manière connue la contrainte mécanique générée par la pression régnant dans le cylindre en un signal électrique représentatif de ladite pression qui est envoyé à un calculateur de bord du véhicule afin d'optimiser différents paramètres de fonctionnement du véhicule tels que, par exemple, sa consommation en carburant.
En référence à la figure 2, il est représenté une première forme de réalisation d'un capteur 10 de mesure de pression selon l'invention.
Le capteur 10 comprend tout d'abord un corps tubulaire 20 de forme allongée s'étendant selon un axe longitudinal Xi0 entre une extrémité de préhension (non _
5
représentée) et une extrémité de mesure 20A, et comprenant une surface intérieure 20B sensiblement cylindrique délimitant une cavité intérieure 20C.
L'extrémité de préhension est utilisée pour le montage et le démontage du capteur 10 dans l'orifice de la culasse par vissage et dévissage depuis l'extérieur de la culasse. Pour réaliser un tel montage, le corps 10 présente un filetage (non représenté) sur une portion de sa surface extérieure coopérant avec un taraudage de l'orifice.
L'extrémité de mesure 20A est configurée pour recevoir un élément 30 sensible aux variations de la pression des gaz dans le cylindre.
Cet élément sensible 30 est monté à la fois à l'extrémité de mesure 20A et dans la cavité intérieure 20C du corps tubulaire 20.
A cette fin, l'extrémité de mesure 20A présente une surface circulaire de soudage de l'élément sensible 30 sur le corps tubulaire 20 s'étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal X10 et permettant notamment le blocage de l'élément sensible 30 dans le corps tubulaire 2 selon l'axe longitudinal Xi0.
Afin de mesurer la pression régnant dans un cylindre, l'élément sensible 30 comprend un module piézoélectrique 30A, un organe de transmission 30B et une bride 30C.
La bride 30C est agencée, d'une part, pour recevoir le module piézoélectrique 30A et l'organe de transmission 30B et, d'autre part, pour recevoir une contrainte mécanique générée par la pression régnant dans le cylindre.
L'organe de transmission 30B s'étend longitudinalement selon l'axe longitudinal Xi0 et est agencé pour se déplacer selon ledit axe longitudinal Xi0 sous l'effet d'une contrainte mécanique reçue par la bride 30C afin de la transmettre au module piézoélectrique 30A.
Le module piézoélectrique 30A est configuré pour convertir une contrainte mécanique transmise par l'organe de transmission 30B en une tension électrique représentative de la valeur de la pression régnant dans le cylindre. Le fonctionnement d'un tel module piézoélectrique 30A étant connu de l'homme du métier, il ne sera pas présenté plus en détail.
La bride 30C va maintenant être davantage décrite en détail. La bride 30C comprend une portion tubulaire 30C-1 , une membrane 30C-2 s'étendant dans ladite portion tubulaire 30C-1 et une portion 30C-3 de fixation de la bride 30C au corps de capteur 2.
La portion tubulaire 30C-1 s'étend longitudinalement selon l'axe X 0 et définit une espace intérieur creux 30C-1 1 dans lequel sont logés l'organe de transmission 30B et le module piézoélectrique 30A. La portion tubulaire 30C-1 comprend une zone de liaison 30C-12 de la membrane 30C-2 sur la portion tubulaire 30C-1 dans l'espace „
6
intérieur creux 30C-1 1. De préférence, la portion tubulaire 30C-1 présente, au niveau de la zone de liaison 30C-12, une épaisseur de l'ordre de 0,8 mm afin de rigidifier la membrane 30C-2.
La membrane 30C-2 comprend une portion circulaire 30C-21 s'étendant transversalement dans la portion tubulaire 30C-1 de sorte à l'obstruer et une protubérance de liaison 30C-22 s'étendant depuis le centre de ladite portion circulaire 30C-21 selon l'axe longitudinal ΧΊ0 afin de relier la membrane 30C-2 à l'organe de transmission 30B. La portion circulaire 30C-21 présente une épaisseur faible, de l'ordre de 0,3 mm, permettant sa déformation élastique sous l'effet de la pression régnant dans le cylindre.
Dans une forme préférée de réalisation du capteur selon l'invention, la membrane 30C-2 est issue de matière de la portion tubulaire 30C-1. Il a été présenté une membrane 30C-2 issue de matière de la portion tubulaire 30C-1 , mais il va de soi que la membrane 30C-2 pourrait être une pièce distincte montée dans l'espace intérieur de la portion tubulaire 30C-1 , par exemple par collage, vissage, soudage etc. De même, la membrane peut être de forme aplatie, s'étendant alors radialement à l'axe longitudinal Xio, ou bien de forme concave ou convexe.
La portion de fixation 30C-3 s'étend radialement, par rapport à l'axe longitudinal X10, depuis la portion tubulaire 30C-1 et permet la fixation par soudage de la bride 30C sur le corps 20 au niveau d'une soudure S10. Plus particulièrement, la portion de fixation 30C-3 est adaptée pour venir en contact avec la surface de fixation du corps tubulaire 2 afin d'être soudées pour assembler le capteur 10. La portion de fixation 30C-3 présente une épaisseur, selon l'axe longitudinal X10) inférieure à 0,8 mm, de préférence de l'ordre de 0,4 mm.
Selon un aspect de l'invention, la zone de liaison 30C-12 de la membrane 30C-2 et la portion de fixation 30C-3 sont séparées d'une distance selon l'axe longitudinal Xi0 non nulle, de préférence supérieure à 1 ,5 mm. Une telle distance de séparation permet avantageusement de protéger la membrane 30C-2 des déformations éventuelles de la portion de fixation 30C-3 et notamment de la chaleur dégagée lors du soudage de la portion de fixation 30C-3 sur le corps tubulaire 20.
Selon un autre aspect de l'invention, la portion tubulaire 30C-1 présente, entre la zone de liaison 30C-12 et la portion de fixation 30C-3, une portion d'absorption 30C-4. Cette portion d'absorption 30C-4 présente une épaisseur réduite par rapport à l'épaisseur de la portion tubulaire 3C-1 qui se situe au niveau de la zone de liaison 30C-12. De préférence, l'épaisseur au niveau de la portion d'absorption 30C-4 diminue progressivement jusqu'à atteindre une épaisseur inférieure à 0,5 mm. L'épaisseur de la portion tubulaire 30C-1 est ainsi réduite sur une longueur, selon l'axe longitudinal X10, de l'ordre de 0,5 mm. Une telle portion d'absorption 30C-4 permet une déformation de la portion tubulaire 30C-1 lorsque la portion de fixation 30C-3 est soumise à des efforts tout en évitant que cette déformation ne se propage jusqu'à la membrane 30C-2.
Pour permettre le montage à force du capteur 10 dans l'orifice de la culasse, le capteur comprend une jupe 40. La jupe 40 présente une zone de fixation à la bride 30C et une portion conique 41 permettant le montage à force du capteur 1 dans l'orifice de la culasse.
La jupe 40 est montée sur la bride 30C au niveau de la portion de fixation 30C-3, du côté opposé au corps tubulaire 2. Ainsi, la portion de fixation 30C-3 est reliée, d'une part, au corps tubulaire 2 et, d'autre part, à la jupe 40. La jupe 40 est de préférence soudée à la bride 30C.
Afin de permettre le contact de la membrane 30C-2 avec les gaz du cylindre, la jupe 40 délimite une ouverture cylindrique 42 en son centre.
Il a été présenté une jupe 40 montée sur la bride 30C, cependant, dans une deuxième forme de réalisation et en référence à la figure 3, la jupe 30C-5 peut être issue de matière de la portion de fixation 30C-3 tout en présentant les mêmes formes et dimensions que dans la première forme de réalisation du capteur 10 présentée précédemment.
Dans la suite de la description, il va être présenté une mise en œuvre du procédé de fabrication du capteur 10 décrit précédemment.
Lors du montage du capteur 10 selon l'invention, l'élément sensible 30 est tout d'abord assemblé. Pour ce faire, le module piézoélectrique 30A et l'organe de transmission 30B sont montés dans l'espace intérieur 30C-11 de la bride 30C, l'organe de transmission 30B étant en contact, d'une part, avec la membrane 30C-2 au niveau de la protubérance de liaison 30C-22, et, d'autre part, avec le module piézoélectrique 30A.
L'élément sensible 30 est ensuite monté de manière coaxiale dans le corps tubulaire 2 de sorte que la portion de fixation 30C-3 soit en contact avec l'extrémité de mesure 20A du corps 2.
Pour rendre l'ensemble solidaire, la portion de fixation 30C-3 et le corps 2 sont soudés ensemble par soudage laser au niveau d'une soudure S10. Avantageusement, la zone de liaison 30C-12 de la membrane 30C-2 étant séparée de la portion de fixation 30C-3, la chaleur dégagée par la soudure S10 ne déforme pas ladite membrane 30C-2.
Dans le cas où le capteur 10 comprend une jupe 40 rapportée, celle-ci est montée sur le la bride 30C au niveau de la portion de fixation 30C-3. Pour ce faire, la jupe 40 est soudée à la portion de fixation 30C-3 du côté opposé au corps 2. Un cordon d'une soudure laser présentant une largeur de l'ordre de 0,8 mm, l'épaisseur de la portion de fixation 30C-3 est avantageusement inférieure ou égale à 0,5 mm afin de permettre de souder le corps tubulaire 2 et la jupe 40 à la portion de fixation 30C-3 grâce à une unique soudure S 0. Ainsi, les risques de déformation de la membrane 30C-2 sous l'effet de la chaleur dégagée lors de la soudure sont réduits et le procédé de montage du capteur est rapide et aisé.
Le capteur 10 ainsi assemblé est alors introduit dans l'orifice de la culasse par l'extrémité conique 30C-5, 41. Le corps tubulaire 2 est vissé dans ledit orifice afin de monter à force le capteur 10 dans l'orifice. Les efforts dus au montage à force de l'extrémité conique 30C-5, 41 par vissage de l'extrémité de préhension du corps 2 sont avantageusement absorbés par la déformation de la portion d'absorption 30C-4 de la portion tubulaire 30C-1 de la bride 30C. Aussi, la membrane 30C-2 est protégée et n'est pas déformée durant cette opération de montage.
En fonctionnement du capteur 0, la membrane 30C-2 se déforme sous l'effet de la pression, générant ainsi une contrainte mécanique transmise par l'organe de transmission 30B au module piézoélectrique 30A qui la convertit en une tension représentant la pression au sein du cylindre.
Il est à noter enfin que la présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Notamment, les formes et les dimensions de la zone de liaison 30C-12, de la portion de fixation 30C-3, de la portion d'absorption telles que représentées sur les figures de façon à illustrer un exemple de réalisation de l'invention, ne sauraient être interprétées comme limitatives.

Claims

y REVENDICATIONS
1. Capteur de mesure (10) de la pression régnant dans un cylindre d'un véhicule automobile, ledit capteur (10) comprenant une extrémité conique (30C-5, 41 ), un corps tubulaire (20) s'étendant selon un axe longitudinal (Xi0), une extrémité de préhension du corps tubulaire (20) et un élément sensible (30) aux variations de ladite pression, monté dans ledit corps tubulaire (20), ledit élément sensible (30) comprenant un module piézoélectrique (30A) de conversion d'une contrainte mécanique en une tension électrique représentant la valeur de la pression régnant dans le cylindre, un organe de transmission (30B) de ladite contrainte mécanique au module piézoélectrique (30A) et une bride de réception (30C) du module piézoélectrique (30A) et de l'organe de transmission (30B), ladite bride (30C) comprenant :
• une portion tubulaire (30C-1 ) montée de manière coaxiale dans le corps (20) et s'étend longitudinalement selon l'axe longitudinal (X10) et définissant un espace intérieur creux (30C-1 ) dans lequel sont logés l'organe de transmission (30B) et le module piézoélectrique (30A),
· une membrane (30C-2), déformable élastiquement pour générer une contrainte mécanique sous l'effet de ladite pression, s'étendant au centre de la portion tubulaire (30C-1 ) étant reliée, d'une part, à ladite portion tubulaire (30C-1 ) au niveau d'une zone de liaison (30C-12) dans l'espace intérieur creux (30C-11 ) et, d'autre part, au module piézoélectrique (30A) par ledit organe de transmission (30B), et
• une portion de fixation (30C-3) de la bride (30C) sur le corps (20) s'étendant radialement, par rapport à l'axe longitudinal (X10), depuis la portion tubulaire (30C-
1 ).
le capteur (10) étant caractérisé en ce que :
· la portion de fixation (30C-3) est adaptée pour venir en contact avec une surface de fixation du corps tubulaire (20) au niveau d'une soudure (S10),
• ladite zone de liaison (30C-12) et la portion de fixation (30C-3) sont séparés d'une distance non nulle selon l'axe longitudinal (X10) et en ce que la bride (30C) comprend, entre la zone de liaison (30C-12) et la portion de fixation (30C-3), une portion d'absorption (30C-4) d'une déformation mécanique, apte à absorber par déformation des efforts dus au montage en force de l'extrémité conique (30C-5) par vissage de l'extrémité de préhension du corps tubulaire (20).
2. Capteur de mesure (10) selon la revendication 1 , dans lequel la distance séparant la zone de liaison (30C-12) et la portion de fixation (30C-3) est supérieure à 1 ,5 mm.
3. Capteur de mesure (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la portion d'absorption (30C-4) présente au moins une épaisseur inférieure à l'épaisseur de la portion tubulaire (3C-1 ) qui se situe au niveau de la zone de liaison (30C-12).
4. Capteur de mesure (10) selon la revendication s, dans lequel la portion d'absorption (30C-4) présente une épaisseur minimale inférieure à 0,5 mm.
5. Capteur de mesure (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la portion d'absorption (30C-4) s'étend selon l'axe longitudinal (X10) sur une distance supérieure à 0,5 mm.
6. Capteur de mesure (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la portion de fixation (30C-3) et la portion d'absorption (30C-4) sont issues de matière de la portion tubulaire (30C-1 ).
7. Capteur de mesure (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une jupe conique (40) soudée à la portion de fixation (30C-3), la portion de fixation (30C-3) s'étend selon l'axe longitudinal d'une épaisseur inférieure à 0,5 mm.
8. Capteur de mesure (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une jupe conique (30C-5), ladite jupe (30C-5) étant issue de matière de la portion de fixation (30C-3).
9. Véhicule comprenant une culasse, comprenant au moins un cylindre, et au moins un capteur de mesure (10), selon l'une quelconque des revendications précédentes, de la pression à l'intérieur dudit cylindre, ledit capteur étant monté dans ladite culasse.
10. Procédé d'assemblage d'un capteur de mesure (10) selon la revendication 7, comprenant une unique étape de soudure de la jupe (40) et de la portion de fixation (30C- 3) sur le corps tubulaire (20).
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