Brevet FR2545601A1 — publié le 19841109

La présente invention concerne un transducteur destiné à détecter la variation de la dilatation circonfé- rentielle d'un tuyau de carburant pendant le passage de car- burant sous pression élevée Un tel transducteur repose, mais non de façon exclusive, sur l'utilisation d'extensomè- tres pour détecter la dilatation circonférentielle du tuyau de carburant, et le transducteur permet d'effectuer de façon simple le montage et le remplacement des extensomètres. On utilise la mesure de la dilatation circonféren- tielle d'un tuyau dans le conduit de carburant de moteurs à allumage par compression pour déterminer si les caractéris- tiques temporelles de l'injection sont correctes On peut également utiliser de telles données pour déterminer la durée d'injection et la quantité relative de carburant injecté pour des conditions données de vitesse/charge du moteur, et la quantité de carburant injecté pour des condi- tions données de vitesse/charge du moteur. On effectue couramment la mesure soit en débran- chant le tuyau et en introduisant un raccord en "T" équipé d'un capteur de pression, soit en fixant à l'extérieur du tuyau un élément capteur incorporé dans une monture élasti- que Lorsque le carburant sous pression traverse le tuyau, ce dernier se dilate et une variation apparaît dans le signal de sortie fourni par les éléments capteurs. Les éléments capteurs se présentent normalement sous la forme de bandes élastiques ayant une partie centrale concave qui définit une face concave destinée à entourer une partie circonférentielle du tuyau, avec un extensomètre fixé à la face convexe de la partie concave, pour mesurer la déformation de surface du tuyau. On monte ensuite respectivement deux bandes élasti- ques de ce type sur une paire de mâchoires de serrage arti- culées, avec la partie concave supportée par la mâchoire associée par l'intermédiaire d'un élément d'appui élastique. L'élasticité qui existe à la fois dans la matière de support et dans l'élément d'appui améliore la sensibilité et protège l'extensomètre contre une détérioration due à la pression lorsqu'on serre les mâchoires sur le tuyau Elle procure également un moyen pour absorber des vibrations du tuyau qui feraient par ailleurs apparaître dans le signal électrique produit par l'extensomètre des signaux parasites tendant à masquer les signaux de mesure utiles. De tels éléments capteurs demeurent cependant sujets à une défaillance prématurée, et les effets des vibrations du tuyau sur la pureté du signal demeurent un facteur défavorable. Le premier de ces problèmes se manifeste essen- tiellement lorsqu'on utilise les éléments capteurs sur des tuyaux circulaires ayant des rayons inférieurs au rayon de la partie concave enveloppante, ce qui fait que lorsqu'on applique la force de serrage, la partie concave s'étire excessivement, ce qui surcharge l'extensomètre très au-delà de ses limitations. Bien que le second de ces problèmes ait été atté- nué dans une certaine mesure, comme on l'a expliqué ci-dessus, des difficultés demeurent lorsqu'on rencontre certains effets de vibration du tuyau, par exemple le mouve- ment des mâchoires de serrage le long du tuyau, et ces difficultés résident essentiellement dans la conception des éléments capteurs et dans la manière selon laquelle les élé- ments sont montés sur les mâchoires de serrage pour utiliser pleinement la force de serrage appliquée, afin de maintenir les éléments en position sur la surface du tuyau. Un but de l'invention est de résoudre les problèmes de l'art antérieur en procurant, entre autres, un transduc- teur du type ci-dessus conçu de façon à améliorer la préci- sion de mesure globale, qui comporte des caractéristiques destinées à supprimer les effets défavorables sur la pureté du signal mesuré qui sont produits par la vibration du tuyau, et à étendre son domaine de fonctionnement à des tuyaux de taille variable, sans réduire la durée de vie pré- vue pour les dispositifs capteurs qui se présentent essen- tiellement, mais non exclusivement, sous la forme d'extenso- mètres. Un aspect de l'invention procure un procédé de mesure de la dilatation circonférentielle ou de la déforma- tion transversale d'un tuyau de carburant d'un moteur à allu- mage par compression, dans lequel on utilise un élément de détection de la dilatation du tuyau se présentant sous la forme d'une bande élastique ayant une partie de détection concave, centrale, déformable de façon élastique,-et une paire de segments situés de part et d'autre de la partie con- cave et définissant une paire de points de contact extrêmes espacés des éléments de détection, caractérisé en-ce qu'on choisit la taille de la partie centrale concave en relation avec la taille du tuyau à mesurer, de façon que lorsqu'on applique une paire desdits éléments sur des parties de sur- face opposées du tuyau, les points de contact extrêmes tou- chent le tuyau avant toute autre partie de surface de la partie de détection, et on applique aux éléments une force de serrage croissante jusqu'à ce que le reste de la surface de la partie de détection soit amené en contact avec la surface du tuyau. L'avantage de ce procédé réside dans le fait qu'il change la direction des forces-de serrage qui auraient par ailleurs pour effet d'étirer la matière de la partie conca- ve, qui porte l'extensomètre, au lieu de courber la partie centrale pour l'amener en contact avec la surface du tuyau, grâce à quoi l'extensomètre n'est pas surchargé. Ceci résulte du fait que la position initiale du point médian de la partie centrale est écartée au maximum de la surface du tuyau. Le point de moindre résistance à la force de serra- ge appliquée se trouvera donc dans la région écartée de la partie centrale concave, et il y aura donc une action de courbure préférentielle de la partie concave sous l'effet de la force de serrage, jusqu'à l'obtention d'un contact sur toute la surface, sans détérioration de l'extensomètre soit par contact avec pression contre le tuyau, soit par déforma- tion excessive due à l'étirement, comme décrit ci-dessus. On choisit avantageusement l'épaisseur de la bande élastique de façon à maximiser la robustesse et la sensibi- lité Pour parvenir à ce résultat, on choisit pour l'épais- seur une valeur dans la plage de 0,1 mm à 0,3-mm et de pré- férence égale à 0,15 mm Une valeur inférieure ne procurera pas une protection suffisante de l'extensomètre, tandis qu'une valeur supérieure réduira la sensibilité à-un point inacceptable On note avec surprise que le caractère criti- que de ces dimensions ne semble pas avoir été apprécié dans l'art antérieur. Un autre aspect de l'invention procure un transduc- teur pour la mesure de la dilatation circonférentielle d'un tuyau de carburant d'un moteur à allumage par compression, comprenant une paire de mâchoires de serrage montées de façon pivotante, et un détecteur de la dilatation du tuyau sur chaque mâchoire, les détecteurs se déformant de façon élasti- que sous l'effet du mouvement du tuyau et étant disposés face à face de part et d'autre du tuyau lorsque les mâchoires sont dans une position serrée, caractérisé en ce que les détecteurs se présentent sous la forme de bandes de support élastiques ayant une partie de détection centrale destinée à envelopper une partie circonférentielle du tuyau, et des segments situés de part et d'autre de la partie de détection centrale et définissant entre eux-mêmes et la partie centra- le deux points de contact extrêmes de la partie centrale avec le tuyau, dans la position serrée des mâchoires, ces segments s'étendant, dans le corps des mâchoires associées, le long de surfaces inclinées par rapport à un plan contenant les deux points de contact, de façon que les segments opposés des bandes de support soient disposés dans des directions qui divergent mutuellement, dans la position serrée. L'avantage de cette configuration réside dans la meilleure répartition des forces de serrage des mâchoires fermées qui sollicitent chaque partie de détection centrale des bandes de support élastiques, autour du tuyau et de façon à l'appliquer fermement contre le tuyau, sous l'action de courbure produite par la procédure de l'invention, décri- te précédemment. Ceci vient du fait que des composantes de la force de serrage sont appliquées radialement, ou plus radialement, par rapport au tuyau, ce qui améliore l'uniformité et la force de contact de la partie centrale avec la surface du tuyau dans les conditions de fonctionnement La détection par les éléments détecteurs de tout mouvement du tuyau est ainsi plus efficace et sûre, et la résistance au mouvement du transducteur en présence d'une vibration du tuyau est fortement augmentée. Dans le cas d'une vibration et d'une flexion du tuyau, lorsque des éléments détecteurs diamétralement oppo- sés sont respectivement en compression et en tension, les signaux produits auront une polarité opposée et tendront à s'annuler Avec la configuration de l'invention, la possi- bilité que deux signaux de ce type aient une valeur ou une amplitude égale est considérablement augmentée, ce qui fait que l'annulation mutuelle ou l'équilibrage électrique de tous les signaux parasites est beaucoup plus complet et efficace, et les effets de ces signaux sur la précision de mesure sont ainsi diminués. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue d'extrémité d'une forme de transducteur conforme à l'invention; La figure 2 est une coupe du transducteur de la figure 1 selon la ligne A-A La figure 3 est une vue latérale du transducteur de la figure 1; et La figure 4 est une vue de détail d'un capteur rapporté ou d'un élément détecteur monté dans le transduc- teur de la figure 1. Le transducteur représenté sur les figures 1, 2 et 3 comporte un support en U, 1, sur lequel une paire de mâchoires de serrage 2 sont montées de façon articulée, sur des axes de pivotement indépendants et espacés, 3, entre les branches 4 du support en U, 1. Les axes de pivotement 3 des mâchoires 2 se trou- vent en position pratiquement médiane sur leur longueur, ce qui fait que la partie inférieure 2 ' de chaque mâchoire 2 pivote vers l'intérieur du support en U 1 et la partie supé- rieure 2 " pivote vers l'extérieur du support en U 1. Chacune des mâchoires 2 comporte deux parties allongées et espacées, 5, réunies ensemble par une partie centrale 6 formée d'un seul tenant avec les parties allon- gées, et l'axe de pivotement 3 de chaque mâchoire 2 passe entre les deux parties allongées 5 et traverse la partie centrale 6 Cette configuration apparaît clairement sur la figure 1, sur laquelle on a indiqué le contour des parties allongées 5. Une plaque de recouvrement 7 est montée sur les deux parties allongées de chaque mâchoire, sur la face extérieure des mâchoires, au moyen de vis 8 représentées sur la figure 1. Les faces intérieures en regard des mâchoires 2 comportent des cavités de forme carrée 9, et chaque cavité 9 loge un bloc élastique rapporté 10 (un seul d'entre eux est représenté sur la figure 2), ayant une face concave à nu, 11, avec des extrémités arrondies 12. La surface de chaque partie centrale 6 des mâchoi- res 2 possède une configuration spéciale, comme il est représenté Plus précisément, elle comporte des faces 13 partant de chaque cavité 9 qui sont dirigées vers l'arrière par rapport aux extrémités 12 du bloc rapporté 10 Chaque partie 6 comporte ensuite une face 14 perpendiculaire aux premières faces 13, et ces faces à 900 sont reliées par une face 15 de la partie centrale qui est parallèle à une plaque de recouvrement 7 associée, et qui laisse un espace S entre elle et la plaque de recouvrement Des trous 16 sont percés dans les faces 15 pour assurer la communication avec les cavités 9. Des éléments de détection ont une forme telle qu'ils s'adaptent sur les surfaces formées par la face conca- ve 11 des blocs rapportés 10, et par les faces 13 et 14 de la partie centrale 6 de chaque mâchoire 2. La figure 4 montre de façon plus détaillée un élé- ment de support de détection caractéristique, 17, pour le transducteur On voit que cet élément a la forme d'une bande ayant une partie centrale concave 18 qui se conforme à la partie concave 11 de chaque bloc rapporté 10, la partie cen- trale concave 18 comportant des parties d'extrémité arrondies 19 qui s'étendent de chaque côté vers une paire de segments Chaque segment 20 est dirigé vers l'arrière à partir de la partie concave centrale, sous un angle O ( par rapport à une ligne P reliant les parties d'extrémité arrondies en étant tangente à celles-ci, comme il est représenté. Les segments 20 comportent des parties d'extrémité 21 et chacune d'elles est tournée vers l'arrière par rapport aux segments 20 Un trou 22 est percé dans l'un des segments , tandis que chaque partie d'extrémité 21 comporte un trou 23. Un extensomètre 24 est fixé à la face intérieure de la partie centrale concave 18, et un fil conducteur pour des signaux de mesure traverse le trou 22 dans le segment 20 pour être fixé ou connecté à l'extensomètre 24 de la manière représentée. Un élément de détection 17 est représenté sur la figure 2 en position sur une mâchoire 2 du transducteur, dans un but d'illustration On voit que les parties d'extré- mité 21 de l'élément de détection 17 sont fixées à la partie centrale 6 par des chevilles (non représentées) qui traver- sent les trous 16 dans les faces 14 de la partie centrale 6, et ces chevilles pénètrent dans la matière des blocs rappor- tés 10, dans les cavités carrées 9. La matière des éléments de détection 17 est élasti- que et consiste de préférence en cuivre au béryllium Une telle matière possède un module d'Young élevé, une limite élastique élevée, et de bonnes caractéristiques de fatigue et d'hystérêsis, ce qui assure une bonne sensibilité De plus, sa conductivité thermique élevée-facilite la dissipation de la chaleur - En outre, les blocs rapportés 10, qui sont en une matière élastique telle qu'une résine époxyde ou une matière plastique appropriée, procurent une élasticité et une flexi- bilité supplémentaires Certaines matières plastiques peu- vent être mieux appropriées que des résines pour assurer le retour à la forme d'origine après une utilisation prolongée, évitant ainsi un étirement excessif des éléments de détec- tion. Entre la partie concave 18 de l'élément de détec- tion 17 et le bloc rapporté 10, est intercalée une couche intermédiaire élastique 26 contre laquelle repose la partie concave, et cette couche intermédiaire confère à l'extenso- mètre 24 la liberté nécessaire pour mesurer des déformations de surface Le caoutchouc aux silicones ou le caoutchouc du type nitrile sont des matières appropriées pour la couche intermédiaire. Le fil de connexion 25 partant de l'extensomètre 24 court le long de la surface intérieure de l'élément de détection 17, passe de l'autre côté de l'élément de détec- tion 17 en traversant le trou 22 et atteint un point de ter- minaison 27 sur chaque face 15 de la partie centrale 6. Les points de terminaison 27 constituent des points de connexion pour un câble de connexion 28 (représen- té en pointillés sur la figure 2), qui entre en traversant la base du support en U 1, et dont les fils passent à l'in- térieur du transducteur en traversant les espaces S entre les faces 15 de la partie centrale 6 et les plaques de recouvrement amovibles adjacentes 7. Les mâchoires 2 sont serrées ensemble par un dis- positif de verrouillage 29 qui est constitué par un levier fileté 30 monté de façon pivotante sur l'une des mâchoires 2, au niveau d'un axe 31 L'autre mâchoire 2 comporte une encoche 32 dans laquelle le levier 30 peut entrer par un mouvement de pivotement, de façon à permettre de tirer les mâchoires l'une contre l'autre par l'action d'un écrou moleté 33 qui est monté sur la partie filetée du levier 30. Le transducteur est représenté sur la figure 2 dans une position serrée, avec l'élément de détection 17 représenté dans une position dans laquelle il est maintenu contre la surface d'un tuyau L dont le contour est représen- té en pointillés On comprend parfaitement que l'autre mâchoire comporte un élément de détection 17 monté de façon similaire, afin que le tuyau L soit entouré de façon circon- férentielle par les deux éléments de détection, et en parti- culier par les parties concaves détectrices centrales, 18, des éléments détecteurs. Du fait de la disposition des segments 20 des élé- ments de détection 17 sur les surfaces inclinées 13 des par- ties centrales 6, les composantes de la force de serrage appliquée aux extrémités arrondies 19, qui définissent deux points de contact extrêmes de la partie de détection centra- le 18 sur le tuyau L, agissent dans une direction radiale par rapport au tuyau L Ces composantes radiales, en asso- ciation avec la force de serrage radiale appliquée au reste de la partie concave 18 de l'élément de détection 17, ont pour action de maintenir les parties centrales concaves fer- mement en contact avec la surface du tuyau L dans des condi- tions de fonctionnement dans lesquelles existent des efforts de vibration qui provoquent une flexion du tuyau Ces forces de vibration sont en outre amorties par l'élasticité et la déformabilité que procurent la couche caoutchoutée intermé- diaire 26 et les blocs rapportés 10. On choisit la taille, en particulier le rayon, des parties centrales 18 des éléments de support 17 de façon que ce rayon soit inférieur au rayon du tuyau sur lequel le transducteur doit être serré. Ainsi, pour des diamètres de tuyau nominaux de 6,35 mm, 6,00 mm et 5,6 mm, les plages de rayons de la par- tie centrale 18 sont respectivement de 3,00 à 3,10 mm, 2, 85 à 2,95 mm et 2,15 à 2,25 mm. Ceci fait en sorte que dans la position de pré- serrage, les points de contact extrêmes 19 des éléments de détection rencontrent en premier la surface du tuyau, après quoi, sous l'effet de la force de serrage appliquée, le reste de la surface des parties concaves centrales vient en contact avec la surface du tuyau. La force de serrage appliquée est ainsi "encoura- gée" à courber la partie concave centrale pour l'amener en contact avec la surface du tuyau, au lieu d'étirer cette partie dans ce but, du fait que les points de moindre résis- tance à cette force se trouvent le long de régions écartées des parties concaves 18 et non aux points extrêmes de con- tact initial, 19 On évite ainsi une détérioration de l'extensomètre sous l'effet d'un effort dû à la pression ou d'une surcharge. On choisit l'épaisseur des bandes de support 17 de façon à maximiser la robustesse, ce qui protège l'extensomè- tre 24 et améliore la sensibilité du transducteur L'épais- seur nécessaire pour atteindre ce but est de 0,15 mm, mais une plage de 0,1 mm à 0,3 mm est acceptable. il La structure de transducteur qui a été décrite offre une très grande souplesse d'utilisation et procure une précision de mesure qu'il n'était pas possible d'obtenir jusqu'à présent dans l'art antérieur Elle comporte des caractéristiques qui, comme il ressort clairement de la des- cription précédente, permettent d'accéder aisément aux élé- ments fonctionnels, ainsi que de retirer aisément des élé- ments défectueux pour la réparation ou le remplacement. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé de mesure de la dilatation circonfé- rentielle ou de la déformation transversale d'un tuyau de carburant d'un moteur à allumage par compression, dans lequel on utilise un élément de détection ( 17) de la di- latation du tuyau, se présentant sous la forme d'une bande élastique ayant une partie de détection concave, centrale ( 18), déformable de façon élastique, et une paire de segments situés de part et d'autre de la partie concave et définissant une paire de points de contact extrêmes espacés des éléments de détection ( 17), caracté- risé en ce qu'on choisit la taille de la partie centrale concave ( 18) en relation avec la taille du tuyau à me- surer, de façon que lorsqu'une paire d'éléments de dé- tection ( 17) sont appliqués sur des parties de surface opposées du tuyau (L), les points de contact extrêmes touchent le tuyau (L) avant toute autre partie de sur- face de la partie de détection ( 18); et on applique aux éléments ( 17) une force de serrage croissante jusqu'à ce que le reste de la surface de la partie de détection vienne en contact avec la surface du tuyau (L). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on choisit l'épaisseur de la bande dans une plage de 0,1 mm à 0,3 mm - 3 Transducteur pour mesurer la dilatation cir- conférentielle d'un tuyau (L) de carburant d'un moteur à allumage par compression, comprenant une paire de mâ- choires de serrage ( 2) montées de façon pivotante, et un détecteur de dilatation du tuyau sur chaque mâchoire ( 2), les détecteurs ( 17) se déformant de façon élastique sous l'effet du mouvement du tuyau (L) et étant disposés face à face de part et d'autre du tuyau, dans une position serrée des mâchoires ( 2 >, caractérisé en ce que les dé- tecteurs ( 17) se présentent sous la forme de bandes de support élastiques ayant une partie de détection cen- trale ( 18) destinée à entourer une partie circonféren- tielle du tuyau (L), et des segments ( 20) situés de part et d'autre de la partie de détection centrale ( 18) et définissant entre eux et la partie centrale deux points de contact extrêmes de la partie centrale avec le tuyau (L), dans la position serrée des mâchoires ( 2), ces seg- ments ( 20) s'étendant dans le corps des mâchoires ( 2) associées le long de surfaces inclinées ( 13) par rapport à un plan contenant les deux points de contact, de façon que les segments ( 20) opposés des bandes de support soient placés dans des directions mutuellement diver- gentes, dans la position serrée. 4 Transducteur selon la revendication 3, carac- térisé en ce que chacune des surfaces inclinées ( 13) est suivie par une surface supplémentaire, formée dans une mâchoire ( 2) respective et faisant un angle par rapport à la surface inclinée correspondante, et les segments ( 20) se terminent par des parties d'extrémité, recourbées des bandes de support qui sont fixées à la surface supplé- mentaire respective. Transducteur selon la revendication 2, carac- térisé en ce que les parties de détection centrales ( 18) des bandes de support sont concaves et reposent dans un évidement correspondant dans un bloc ( 10) élastique rap- porté, dans la mâchoire ( 2) associée, ce bloc ( 10) rap- porté est placé dans une cavité ( 9) dans la mâchoire ( 2) associée, et lesdites surfaces inclinées ( 13) s'étendent de part et d'autre de cette cavité ( 9). 6 Transducteur selon l'une quelconque des reven- dications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'une couche inter- médiaire ( 26) de matière élastique est intercalée entre la partie de détection centrale ( 18) de la bande et le bloc ( 10) rapporté. 7 Transducteur selon la revendication 6, carac- térisé en ce qu'un ou plusieurs fils de connexion ( 25) destinés à transmettre des signaux provenant des parties de détection et représentatifs de la dilatation circon- férentielle du tuyau (L), sont connectés à la partie de détection ( 18) de chaque bande, sur la face qui se trou- ve du côté de la couche intermédiaire ( 26), et ces fils de connexion ( 25) passent le long de la surface intérieure de la bande de support associée pour sortir sur sa sur- face extérieure en traversant l'un desdits segments de cette bande. 8 Transducteur selon l'une quelconque des reven- dications 5 à 7, caractérisé en ce que chaque mâchoire de serrage ( 2) est montée individuellement de façon pivotante sur des axes parallèles et espacés, sur une pièce de sup- port ( 1) pour les mâchoires. 9 Transducteur selon la revendication 8, carac- térisé en ce que la pièce de support est une pièce en U ( 1) et les axes parallèles s'étendent entre les branches de cette pièce en U. Transducteur selon la revendication 9, carac- térisé en ce que chaque mâchoire de serrage ( 2) comporte une partie supérieure et une partie inférieure, et l'axe de pivotement ( 3) se trouve pratiquement en position mé- diane entre les parties supérieure et inférieure, avec la partie inférieure située à l'intérieur de la pièce en U ( 1). 11 Transducteur selon la revendication 10, carac- térisé en ce que les faces en regard des parties infé- rieures de chaque mâchoire ( 2) sont inclinées vers l'ar- rière pour permettre le pivotement des mâchoires ( 2). 12 Transducteur selon la revendication 11, carac- térisé en ce qu'il comprend un dispositif de verrouillage ( 29) actionné par un levier ( 30), pour serrer les mâ- choires ( 2) autour d'un conduit de carburant. 13 Transducteur selon la revendication 11, carac- térisé en ce que la partie de détection centrale est un extensomètre ( 24). 14 Transducteur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 13, caractérisé en ce que les bandes de sup- port sont en cuivre au béryllium. Transducteur selon l'une quelconque des reven- dications 5 à 13, caractérisé en ce que le bloc ( 10) élas- tique rapporté est une matière plastique ou une matière à base de résine. 16 Transducteur selon la revendication 15, carac- térisé en ce que la couche intermédiaire ( 26) est en une matière caoutchoutée. 17 Transducteur selon la revendication 9, carac- térisé en ce qu'il comporte des plaques ( 7) extérieures amovibles sur les mâchoires ( 2), destinées à former un logement pour des bornes connectant les fils de connexion ( 25) à un câble de connexion ( 28) traversant la base de la pièce en U ( 1) et passant entre les plaques extérieures et une partie centrale adjacente des mâchoires ( 2).