Brevet FR2478813A1 — publié le 19810925

x3 Capteur de pression, notamment pour mesurer la pression à l'admis- sion de moteurs à combustion interne. La présente invention est relative à un capteur de pression dont la conception permet le réglage facile des paramètres significatifs. Cette conception permet soit d'accepter des dispersions élargies sur les caractéristiques physiques et mécaniques des différents éléments composant ce capteur pour une dispersion donnée de la relation fonctionnelle indication électrique/pression, soit de modifier simplement à moindre cout ladite relation fonctionnelle sans changer la définition des différents.éléments constitutifs dudit capteur. On connait depuis longtemps le principe d'un capteur de pression ou de variation de pression dans lequel une pièce en matériau ma- gnétique coopérant avec une bobine suit les déplacements d'une membrane souple fermant une cavité à laquelle est appliquée la pression ou la différence de pression à mesurer. Différentes réalisations ont été proposées à partir de ce principe. Il est connu que, pour différentes applications d'électronique automobile, il est intéressant de connaître avec une bonne précision la pression à l'admission d'un moteur à combustion interne. On peut citer, à titre d'exemple, de telles applications, l'allumage électronique intégral, l'injection électronique ou des indicateurs de conduite économique. Dans le cas de l'allumage électronique donné à titre d'exem- ple d'application, une difficulté survient si on veut monter un même calculateur sur toute une gamme de véhicules du fait que la cartographie des lois d'avance à l'allumage en fonction de la pression à l'admission varie d'un type de véhicules au suivant. De plus, sur un même type de véhicules, la même dif- ficulté survient si on veut, sans changer le calculateur, modifier légèrement la loi de correction de l'avance à l'al- lumage en fonction de la pression à l'admission, soit pour 2478 8 13 -2- accepter des variations des caractéristiques du moteur au cours de son évolution, soit pour tenir compte des varia- tions temporelles ou locales de la composition des carbu- rants. Or, pour réduire le coit des pièces telles qu'un cal- culateur électronique, il est bien connu qu'il y a intérêt d'une part, à produire des grandes séries de pièces identi- ques et, d'autre part, à éviter le stockage, notamment dans le réseau de distribution, d'un grand nombre de calculateurs beaucoup plus coûteux que des capteurs. Une autre difficulté survient si la loi d'avance à l'alluma- ge pour un moteur donné doit être définie avec une grande précision, ce qui est notamment le cas des moteurs présen- tant une faible garde au cliquetis pour la loi considérée. Ceci implique, usuellement en ce qui concerne le paramètre pression, l'utilisation de capteurs coûteux. La présente invention a pour but de supprimer ces difficultés par les réglages qu'elle permet et concerne, à cet effet, une capsule de mesure de la pression comprenant une membrane sou- ple transformant une pression en un effort auquel est coposé un ressort dont la position et la précontrainte peuvent être réglées axialement, ce qui provoque le déplacement d'un noyau central en ferrite dans une carcasse magnétique en ferrite contenant une bobine unique isolante et cylindrique tandis qu'un amplificateur à résistance d'entrée négative, de type connu, raccordé à ladite bobine équipée d'un condensateur d'accord, transforme en variation de fréquence les variations de self inductance produites par le déplacement du noyau cen- tral. Le capteur de pression conforme à l'invention présente l'avan- tage que la position de la carcasse en forme de deux cylin- dres emboîtés contenant la bobine peut être réglée axialement par rapport à la position du noyau pour une pression initiale déterminée, ce qui permet d'ajuster dans une certaine mesure la self inductance initiale de ladite bobine et donc la fré- quence initiale correspondant à la pression initiale. De plus, la position de la bobine dans la carcasse magnétique peut -3- être également réglée axialement le long du noyau central ce qui, en changeant la position initiale de la bobine par rapport au noyau et la répartition dans la bobine des flux de fuite entre ledit noyau et ladite carcasse, modifie la loi de variation de la self inductance, donc de la frèquen- ce, en fonction de la position du noyau représentative de la pression, et permet donc le réglage de la pente de la relation fonctionnelle fréquence/pression fournie par le capteur sui- vant l'invention. Il est, en outre, avantageux que le condensateur d'accord soit intégré au capteur car les dispersions sur la valeur dudit condensateur peuvent être rattrapées par le réglage de la self inductance initiale, sans obliger à faire un réglage sur le module électronique d'allumage terminé. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui suit et qui n'est donnée qu'à titre d'exemple non limi- tatif. A cet effet, on se reportera aux figures jointes dans lesquelles: la figure 1 représente un capteur de pression suivant l'invention, dans une coupe longitudinale. - la figure 2 représente le même ensemble vu de dessous. - la figure 3 représente deux demies coupes A et B, à une échelle plus grande, de la bobine réglable en position dans la carcasse magnétique fermée. La coupe est faite suivant l'axe XX de la figure 2. Seules, les parties essentielles ont été figurées. - la figure 4 représente la courbe caractéristique de la transformation pression P/effort F. - la figure 5 représente la courbe caractéristique de la transformation déplacement D/fréquencee pour deux positions A et S de la bobine. - la figure 6 représente la courbe caractéristique de la rela- tion fonctionnelle fréquence//pression P fournie par le canteur pour les positions A et 8 de la bobine. - la figure 7 représente en vue de dessus le montage du con- densateur d'accord sur.la bobine et les raccordements des connexions. 24788 q3 -4- - la figure 8 représente une variante du capteur suivant l'invention dans laquelle le ressort peut éventuellement travailler aussi bien en traction qu'en compression. Suivant la représentation de la figure 1, le capteur de pression comporte une chambre avant 1 et une chambre arrià- re 2 séparée par une membrane 3 montée sertie entre le corps 4 et la calotte 5. La chambre 1 est reliée par l'intermédiai- re d'un tube de raccordement 6 avec la tubulure d'admission, non représentÉe, d'un moteur à combustion interne. Cette chambre 1 contient un ressort 7 guidé extérieurement par un tube 8 dont l'extrémité 9 sert de butée pour la membrane 3 et l'extrémité 10 taraudée reçoit un bouchon fileté 11 permet- tant le réglage de la position du ressort 7 ce qui-autorise le montage de ressorts de longueur libre assez dispersée. Ledit bouchon 11 permet, de plus, de régler l'effort de précontrain- te du ressort 7, exercé sur la membrane 3 maintenue en appui sur le corps 4 présentant une forme de butée 12, de sorte que, pour toute pression inférieure à une valeur préalablement choisie, aucun déplacement de ladite membrane ne puisse être observé. L'étanchéité de la chambre 1 est assurée d'une part, par le sertissage de la membrane 3 entre la calotte 5 et le corps 4, d'autre part, par le dépot d'un produit d'étanchéité 13 connu sur le bouchon filetA 11. Le déplacement de la mem- brane 3 est transmis à un noyau central 14 en ferrite colle sur un poussoir 15 de membrane, solidarisé de façon étanche au centre de ladite membrane par un sertissage, du genre gyrosco- pique par exemple, sur une coupelle 16, de la sorte que la membrane 3 soit pincée lors du sertissage entre ladite coupel- le 16 et ledit poussoir 15. La chambre arrière 2 est reliée à l'atmosohère extérieure par un filtre pneumatique 17 de perte de charge connue de sorte que la raideur pneumatique de ladite chambre 2 soit le plus généralement négligeable devant la raideur de l'ensemble res- sort 7 et membrane 3 et qu'aucun effet pneumatique et ther- mique dans cette chambre ne vienne perturber le fonctionne- ment du capteur. Le noyau central 14 en ferrite se dénlace dans une carcasse magnetioue fermie en ferrite en forme de deux demis cylindres emboités, ladite carcasse itant réalisée en deux parties 18 et 19, identiques ou non, percées d'un trou à chaque extrémi- té le long de leur axe et maintenues en place par un ressort de poussée 20 dans un supoort cylindrique 21 centrÉ dans le corps 4. Dans le cas o la carcasse 18, 19 magnétique est con- ductrice, on intercall! entre le ressort de ooussée 20 et la- dite carcasse une rondelle isolante 22. Dans la carcasse magnétique 18, 19 se trouve une bobine 23 en olastinue souple isolant, munie de deux ailes 24 et 25 assurant d'une part, l'arrêt du fil de l'enroulement unique 26 et d'autre part, le maintien en position de ladite bobine dans la carcasse mnniAtique. Les extrémités 27 et 28 de la bobine 23 la centre dans la carcasse magnktioue 18,19 elle mme centr'e dans le corps 4 au moyen du support 21. Il existe donc un coin d'air entre le noyau 14 et ladite carcasse 18, 19 formrn oar 1'énaisseur des extrémités 27 et 28 de la bobine 23. Ces e>tr'mit.s 27 et 28 guident simultanément le déplacement de la membrane en centrant le noyau 14. Sur la bobine 23 est enclipsie une pince intérieurement cylin- drique 29 en olastique représentie plus en détail sur la figu- re 7, munie d'une fourche 30 dans laquelle est monté un con- densateur 31 d'accord de l'enroulement 26, et de deux ailettes 32 et 33. Les fils de sortie de l'enroulement 26 sont bobinés nuis soudés sur les connexions du condensateur 31 préalable- ment passée au travers de deux petits trous sur lesdites ai- lettes. Les fils de sortie du capteur sont soudés simultané- ment sur les connexions du condensateur 31 et sont reliés à un circuit amplificateur résistance d'entrée négative 34 de manire constituer un traducteur pression/fréquence variable. Ces fils de sortie sont maintenus par une deuxième fourche 49. La position du support 21 de la carcasse magnétique 18,19, contenant la bobine 23 avec son enroulement 26 peut être réglée axialement, par rapport au noyau central 14 maintenu dans une position déterminée, par une vis de réglage 35 vissée sur un -6- flasque de réglage 36 serti sur la partie arrire du corps 4. Le ressort de poussée 20 maintient la carcasse magnétique 18,19 dans son support 21 contre ladite vis de réglage. La position de la bobine 23 peut être réglée à l'intérieur de la carcasse 18,19 le long du noyau central 14 par une deuxiè- me vis de réglage 37 coaxiale a la oremière 35. Les ailettes 24 et 25 de ladite bobine en appui contre le cylindre 18 de la carcasse magnétique, maintiennent l'extrémité 28 de ladite bobine contre le moyen de réglage 37. Un moyen de freinage du genre résine acrylique emopêche de tourner la vis 35 lors- qu'on règle la position de la bobine 23 par la vis 37. Le mode de fonctionnement du capteur suivant l'invention est le suivant: la membrane souple 3 transforme en effort la pres- sion appliquée au capteur de façon antagoniste avec le ressort 8. Une relation entre l'effort appliqué audit ressort par ladite membrane est représentée sur la figure 4 à titre d'exem- ple. La forme de cette relation peut être modifiée en chan- geant la nature et les caractéristiques physicues de la mem- brane 3 les dimensions de la coupelle 16, la qgom6trie de la calotte 5, notamment l'angle qu'elle fait avec le plan de sertissage, enfin la raideur du ressort 7, en ce qu'elle mo- difie le point de fonctionnement de ladite membrane pour une pression donnée. Cet effort appliqué au ressort 7 d'une raideur préalablement choisie déplace le noyau central 14 dans la carcasse magné- tique 18, 19, contenant la bobine 23 dont l'enroulement 26 est relié au circuit oscillateur 34. Le déplacement du noyau 14 modifie l'inductance de l'enroulement 26 en changeant la perméabilité effective suivant l'axe de la bobine 23. La variation de l'inductance de l'enroulement 26 en fonction du d'placement du noyau 14 se traduit par une variation de fréquence du signal délivré oar le circuit amolificateur à résistance d'entrée négative 34, variation dont une forme est reorésentée sur la figure 5 à titre d'exemple. Pour obtenir une relation déterminée entre le déplacement du noyau 14 et la fréquence du circuit électronioue 34, on peut faire varier les dimensions de la bobine 23 telles la fenêtre - 7 - de bobinage et le diamètre initial de l'enroulement 26, le nombre de soires et le diamètre du fil dudit enroulement, les dimensions des trous percés dans les cylindres emboités 18 et 19, enfin le diamètre et les caractéristiques magnétioues du noyau central 14. Ces éléments sont donnés à titre indicatif mais non limitatif. La pente moyenne de cette relation peut être ajustée de maniè- re continue en modifiant la position de la bobine 23 dans la carcasse magnétique 18,19. Sur la figure 5 sont représentées les courbes A et 8 correspondantes aux positions extremes A et B de la bobine 23 sur la figure 3. Les transformations effort/oression, et fréquence/déolacement remrésentées sur les figures 4 et 5 déja citées peuvent être choisies de sorte que la relation fonctionnelle fréquence/pres- sion soit sensiblement linéaire pour un ranooort de fréquence de 1 a 2, comme reorésente sur la figure 6, à titre d'exem- ole. La friouence /l peut être réglée par la vis 35 qui dA- place la carcasse 18,19 contenant la bobine 23 avec son enrou- lement 26 par rapport au noyau central 14, maintenu dans une position d6termin4e, ce qui modifie l'inductance dudit enrou- lement. La pression P1 oeut être choisie en réglant la pricon- trainte du ressort 8 par le bouchon fileté 12. On peut régler continuement la pente entre les valeurs A et B de ladite rela- tion fonctionnelle en positionnant la bobine 23 dans la car- casse 18,19 à l'aide de la vis de réglage 37. La stabilité de la réponse en fréquence du capteur selon l'in- vention en fonction de la température peut être prédéterminée en choisissant les dimensions du corps 4 et du support 21 pour des coefficients de dilatation thermique donnés. L'utilisa- tion de matériau léger pour la réalisation du corps 4 peut être retenue en améliorant la rigidité dudit corps par des ailettes de renfort 38 représentées sur la figure 2. La figure 8 montre un second exemple de réalisation du capteur selon l'invention dans lequel le ressort 39 peut fonctionner s'il y a lieu aussi bien en traction qu'en compression. A ti- tre d'exemole non limitatif, le ressort 39 est fixé à l'une de ses extrémités ou il présente une réduction de diamètre 24788 4 3 - a - d'enroulement 40 dans une gorge 41 pratiquée dans le bou- chon composite 42 de réglage du ressort.A son autre extrÉ- mité, le ressort 39 présente des spires jointives et pr&- contraintes 43, vissées sur une douille filetée 44 présen- tant un creux 45 dans lequel le ressort est rabattu de ma- nière à l'immobiliser. Cette douille 44 est solidaire de deux coupelles 46 et 47 enserrant la membrane souple 48 soumise à la pression. Le mode d'action du capteur de pression de la figure 8 est voisin de celui de la figure 1 puisque dans les deux cas le déplacement de la membrane entraîne un déplacement identi- que du noyau. Cependant, cette forme de réalisation peut être montée sans aucune précontrainte et permet de choisir une position initiale autre qu'en butée. D'autres variantes de réalisation sont possibles et nota- mment l'usage de ressorts antagonistes situés de part et d'autre de la membrane. -9- REVE'DICATIONS 1 - Capteur de la oression 3 l'admission d'un moteur 3 exolo- sion du type ' membrane souple et traducteur électrique du dé- placement de la membrane caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage (11) de la position du ressort (7) agissant contra la membrane (3) , un tube, (2) de guidage du ressort servant de butée ' la membrane, un noyau cylindrique central en ferrite (14) relié à ladite membrane et plongeant dans une carcasse magn'ique en ferrite fermée en forme de cylindres emboités et percés d'un trou a chaque extrémité le long de leur axe9 un enroulement (26) unique olacé sur une bobine iso- lante (23) autour du noyau mobile à l'intérieur de la carcasse magn tique et couvrant la plus grande partie dudit noyau dans sa position la plus enfoncée, les extrémités cylindriques (27) (28) de ladite bobine dépassant de chaque côté de la carcasse magnétique, formant donc un coin d'air entre le noyau et la carcasse et guidant ledit noyau dans ladite carcasse, l'ensem- ble étant couol' avec un circuit électronique oscillateur (34) de manière constituer un traducteur pression/fréquence va- riable. 2 - canteur selon la revendication I caractérisé en ce qu'il est orvu un moyen de réglage axial (35) de la position pour une pression donnée, de l'ensemble carcasse magnétique et bo- bine par rapport au noyau en ferrite. 3 - Capteur selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la carcasse magnétique fermée est constituée de deux parties identiques ou non, plaquées l'une contre l'autre et contre le moyen de réglage par un ressort de poussée (20) 4 - Capteur selon les revendications 1, 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il est prévu un moyen de réglage axial (37) de la position de la bobine à l'intérieur de la carcasse. - Capteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que les vis de réglage (35), (37) des positions de carcasse et de bobine sont coaxiales et qu'il est prévu un moyen de frei- nage de l'une des vis par rapport à l'autre. 24788!3 - 10 - 6 - Capteur selon la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce que la bobine en plastique souple porte deux ailes (24) (25) à l'une de ses extrémités qui prennent appui contre l'intérieur de la carcasse pour mettre en butée ladite bo- bine contre le moyen de réglage (37). 7 - Capteur selon les revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il est prévu une pièce cylindrique en plastique (29) munie d'une fourche (30) pour la fixation du condensateur (31) d'accord de l'enroulement, de deux ailettes (32) (33) et d'une deuxième fourche (49) pour la liaison avec les con- nexions de sortie d'enroulement, de condensateur et de fils de sortie. 8 - Capteur selon les revendications I à 7 caractérisé en ce que le corps (4) de l'appareil contenant le circuit ma- gnétique, 14, 18, 19 et sur lequel est sertie la calotte (5) contenant la membrane souple (3) est constitué d'un ma- tériau léger et rigide de coefficient de dilatation connu et possédant des ailettes (38) de renfort pour accroître sa rigidité, qu'il est prévu pour la carcasse mégnétique un support (21) en matière plastique de coefficient de dilata- tion et d'épaisseur déterminés et qui s'interpose entre le corps et le circuit magnétique. 9 - Capteur selon les revendications I à 8 caractérisé en ce que le moyen de réglage du ressort est une vis (11) pla- cée en bout de celui-ci permettant dans certaines conditions de pression d'apoliquer la membrane souple avec une certaine force contre la paroi opposée disposée en forme de butée (12) - Capteur selon les revendications 1 à 8 caractérise en ce que le ressort (39) est fixi sans jeu à ses extrémités par une gorge (41) ou unedouille filetie (42) sur le moyen de réglage dudit ressort et sur la membrane souple entrai- nant le noyau en ferrite. 11 - Capteur selon les revendications 1 à 10 caractérisé en ce que le compartiment situé derrière la membrane et non soumis à la pression à l'admission du moteur est relié l'extérieur par un filtre pneumatique présentant une perte - 11 - de charge connue. 12 - Caateur selon les revendications 1 à 11 caractérisé en ce que la membrane souple (3) est maintenue entre deux ressorts situés de part et d'autre de ladite membrane.