Brevet FR2578976A1 — publié le 19860919

La présente invention concerne un appareil de mesure de la pression, et plus particulièrement, un tel appareil qui remplit à la fois une fonction de com- mutation à une pression prédéterminée et une fonction de production de signal analogique dans une plage de pressions comprenant la pression prédéterminée. Dans un véhicule automobile, l'une des conditions de fonctionnement qui sont contrôlées est la pression d'huile. Dans de nombreux véhicules, une alimentation est fournie a une pompe électrique par un commutateur qui est fermé seulement lorsque la pression d'huile atteint un niveau mi- nimal prédéterminé. Un autre capteur fournit un signal analogique correspondant à la pression d'huile. En général, ces fonctions sont remplies selon une technologie stricte- ment électromécanique et avec des ensembles séparés rempliâ- sant les deux fonctions. C'est donc un objet de l'invention que de proposer un seul ensemble qui remplit les deux fonctions de commutation d'alimentation et de production d'un signal analogique en fonction de la pression d'huile. Une grande partie des fonctions de commande dans un véhicule automobile, qui étaient déja remplies par des dispositifs électromécaniques, sont maintenant assurées par un micro-calculateur. C'est donc un autre objet de l'invention que de proposer un transducteur de pression qui convient pour être utilisé avec un micro-calculateur. Ces objets, ainsi que d'autres, sont atteints selon l'invention grace à un dispositif de contrôle de la pression d'un fluide dans un circuit, et remplis- sant à la fois une fonction de commutation à une pression prédéterminée et une fonction de production d'un signal analogique dans une plage de pressions comprenant la pression prédéterminée. Le dispositif selon l'invention comporte un carter dans lequel est formée une chambre, un diaphragme qui ferme une extrémité de la chambre, et un dispositif qui assure une communication fluidique entre le circuit et le diaphragme à l'extérieur de la chambre. Une tige d'actionnement est également prévue dans la chambre, cette tige d'actionnement comprenant des extrémités opposées dont une première extrémité est accouplée avec le diaphragme pour se déplacer avec lui, un dispositif qui guide la tige d'actionnement dans un mouvement axial et un dispositif qui rappelle la tige d'actionnement vers le diaphragme. Deux broches de connexion de commutateur sont montées sur le carter et pénètrent dans la chambre et un trans- ducteur à effet de Hall est monté dans la chambre. Un aimant est monté sur la seconde extrémité de la tige d'actionnement pour se déplacer avec elle, l'aimant. étant positionné de manière que la distance entre lui-même et le transducteur à effet de Hall change quand le diaphragme se déplace. Un dispositif conducteur est en outre prévu pour établir un court-circuit entre les deux broches de connexion de commutateur et un dispositif de montage du dispositif conducteur sur la seconde extrémité de la tige d'actionnement est prévu de manière que ce dispositif conducteur se déplace avec la tige d'actionnement quand la pression fluidique augmente jusqu'à la pression prédéterminée, pour laquelle le dispositif conducteur vient en contact avec les deux broches de connexion de commutateur, la tige d'actionnement continuant à se déplacer indépendamment du dispositif conducteur quand la pression du fluide augmente au-delà de la pression prédéterminée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple nullement limitatif: La figure 1 représente un dispositif selon l'invention monté sur un moteur à combustion interne de véhicule automobile, La figure 2 est une vue en bout du dispositif selon l'invention, La figure 3 est une coupe longitudinale suivant la ligne 3-3 de la figure 2, La figure 4 est une coupe partielle similaire à celle de la figure 3 montrant l'état du dispositif sous une pression prédéterminée, La figure 5 est une coupe partielle similaire à celle de la figure 3 montrant l'état du dispositif à une pression supérieure à la pression prédéterminée, et La figure 6 est un schéma d'un exemple d'un circuit utilisé avec l'ensemble réalisé selon les principes de l'invention. Sur le dessin, la figure 1 représente un moteur à combustion interne de véhicule automobile, désigné globalement par la référence numérique 10, sur lequel un ensemble 12 selon l'invention est monté. L'ensemble 12 est vissé dans le bloc-moteur 14 par un trou 16 dans un bossage 18 par lequel il communique avec le circuit d'huile de lubrification du moteur 10. La figure 2 est une vue en bout de l'ensemble 12, montrant la tête hexagonale 20 utilisée pour monter l'ensemble 12 dans le bloc moteur 14 ainsi que cinq bornes 22, 24, 26, 28 et 30 utilisées pour connecter l'ensemble 12 aux circuits extérieurs. En particulier, les bornes 26 et 30 sont des bornes de commutation d'alimentation et les bornes 22, 24 et 28 sont utilisées pour délivrer le signal analogique représentatif de la pression d'huile. La figure 3 est une coupe de l'ensemble 12 avec les éléments intérieurs en position de repos. L'ensemble 12 comporte un carter femelle 32, un carter mâle 34 et un adaptateur de montage 36.L'adaptateur de montage 36 est fixé sur le carter mâle 34 par sertissage de la paroi cylindrique 38 de l'adaptateur 36 sur l'épaulement 40 du carter mâle 34. Avec cette opération, la partie d'appui circulaire du diaphragme replié 42 est comprimée, formant un joint qui évite la sortie de tout agent sous pression, liquide ou air. L'autre endroit qui nécessite un joint est celui o le diaphragme 42 est fixé sur la tige d'actionnement 44. Cela se fait en plaçant la rondelle de diaphragme 46 sur le diaphragme 42 et en rivetant le prolongement central de la tige d'actionnement 44 sur la rondelle 46. Cette opération assure une compression suffisante de la matière du diaphragme 42, en établissant un joint sûr entre les deux côtés du diaphragme 42.I1 est préférable d'utiliser le diaphragme replié car cet élément constitue un joint souple flexible avec une configuration unique qui permet une course relativement longue de la tige d'actionnement, en éliminant complètement tout frottement par glissement. Le carter mâle 34 contient le sous-ensemble de diaphragme et de tige d'actionnement. Ce sous-ensemble se trouve dans une chambre 50 formée dans le carter mâle 34 et pénètre dans une chambre 52 formée dans le carter femelle 32. Les chambres 50, 52 sont fermées par le diaphragme 42 et l'adaptateur de montage 36 comporte un alésage 54 qui assure une communication de fluide entre le circuit de lubrification du moteur et le diaphragme 42 à l'extérieur de la chambre 50. Le sous-ensemble de diaphragme et de tige d'action- nement comporte deux ressorts 56 et 58, un siège de ressort 60et une rondelle 62 entourant tous la tige d'actionnement 44 et à l'intérieur de la chambre 50. le sous-ensemble comporte également, dans la chambre 52, un porte-aimant 64 emmanché à force sur l'extrémité molletée 66 de la tige d'actionnement 44, un aimant 68, une rondelle de contact 70 et un ressort 72. L'aimant 68 est introduit latéralement dans le porte-aimant 64 et il y est maintenu par une l&vre inversée 74. La rondelle de contact 70 est rappelée par le ressort 72 contre la lèvre extérieure 76 du. porte-aimant 64. Le carter mâle 34 comporte un guidé 78 destiné a guider la tige d'actionnement 44 dans son mouvement axial. Le carter femelle 32 contient les elements de commutation et les circuits de production de signal analogique. Le circuit de signal analogique est monté surune carte de circuits imprimés 80 et il comporte un transducteur 82 à effet de Hall monté sur la carte , de préférence le long de la trajectoire de l'aimant 68. Les connexions extérieures avec les circuits de la carte 80,sont faites par les bornes 22, 24 et 28 qui servent également à fixer la carte 80 dans la chambre 52. Ainsi, et comme le montre la figure 3, les bornes 22, 24 et 28 sont serrées dans des trous appropriés du carter femelle 32, puis la carte 80 est montée sur les trois bornes 22, 24 et 28 et les parties des bornes s'étendant au-delà de la surface de la carte 80 sont soudées sur les conducteurs de cuivre respectifs de la carte 80. Les broches de connexion 26 et 30 sont filetées et sont fixées par vissage dans les trous appropriés du carter femelle 32, avec leurs extrémités qui penètrent dans la chambre 52 en traversant des ouvertures appropriées de la carte 80. La figure 4 montre l'ensemble lorsque la pression d'huile a augmenté de manière à permettre que le sous- ensemble de diaphragme et de tige d'actionnement comprime le ressort 58 et se déplace suffisamment pour que la rondelle de contact 70 s'appuie sur les broches de connexion 26 et 30 pour établir entre elles un circuit conducteur. La force de contact est assurée par le ressort 72. Comme le montre la figure 5, quand la pression d'huile continue à augmenter, le ressort 58 est comprimé dans la mesure permise par la configuration du siège de ressort 60 et le ressort 56 est comprimé. Lraimant 68 se rapproche du transducteur à effet de Hall 82. Les broches de connexion 26 et 30 empêchent tout autre mouvement de la rondelle de contact 70, et, en raison de la nature conique du porte-aimant 64, ce dernier se déplace au-delà de la rondelle 70. - 10 Pour étalonner l'ensemble 12, la fonction de commutation d'alimentation est réglable en changeant la pénétration des broches de connexion 26 et 30 dans la chambre 52. Cela se fait en vissant ou en dévissant les broches de connexion 26 et 30. L'intervalle entre l'aimant 68 et le transducteur à effet de Hall 82 peut être réglé en faisant varier le vissage entre - le carter mâle 34 et le carter femelle 32. Après ce réglage, les positions relatives entre les carters 32 et 34 sont maintenues par un tube contractible 84. La figure 6 est un schéma d'un exemple de circuits électroniquesmontéssur la carte de circuits imprimés et connecté aux bornes 22, 24 et 28. Ce circuit amplifie la sortie du transducteur (ou capteur) 82. De préférence, l'aimant 68 est magnétisé dans la direction le long de laquelle il se déplace pour se rapprocher et s'écarter du capteur 82 de sorte que ce dernier fonctionne dans le mode unipolaire connu. L'équation de base qui décrit l'action mutuelle entre le champ magnétique et le courant qui produit une tension de Hall (VH) pour un élément de Hall en pratique est: VH = K x I x B sin O c o: la constante K est une fonction de la géométrie de l'élément de Hall; I est le courant d'entrée; et c B sin e est la densité de flux magnétique. Si le courant d'entrée est maintenu constant, la tension de Hall est directement proportionnelle à la composante perpendiculaire du champ magnétique. Cette tension de Hall est généralement faible et nécessite des circuits électroniques supplémentaires pour obtenir un niveau de tension utilisable. La figure 6 représente un exemple de ces circuits électroniques. Comme le montre la figure 6, la variation de la tension de sortie du transducteur 82 est appliquée à une entrée d'un amplificateur opérationnel 86 dont l'autre entrée reçoit une tension de référence réglée par des résistances 88 et 90. L'amplificateur opéra- tionnel 86 se comporte comme un amplificateur différentiel qui amplifie la différence entre les deux signaux d'entrée avec un facteur de gain réglé par les résistances 92, 94 et le potentiomètre de réglage 96. Les résistances 98 et 100 sont utilisées pour que l'amplificateur opérationnel 86 fonctionne en amplificateur différentiel et en même temps, pour réduire au minimum le niveau de décalage de sortie. Par conséquent, grâce à un choix approprié des résistances 88, 90, 92, 94, 98, et du potentiomètre de réglage 96, une sortie voulue de l'amplificateur opérationnel pour une pression donnée peut être obtenue. De cette manière, une plage de sorties pour une plage donnée de pressions appliquées peut être obtenue. Sur la base de ces données, une courbe de la tension de sortie en fonction de la pression appliquée peut être tracée. Etant donné que la sortie d'un capteur de Hall pour différentes densités du flux magnétique est répétitive, les données de la courbe peuvent être introduites dans un calculateur pour un autre traitement. Par conséquent, en examinant la tension de sortie de l'amplificateur 86, le calculateur peut indiquer quelle est la pression appliquée. Dans le circuit de la figure 6, la diode 102 est utilisée pour compenser en température la dérive de sortie du capteur 82 qui a un coefficient de température négatif lorsqu'il est exposé au pôle sud de l'aimant 68. La diode Zener 104 est utilisée pour réguler l'alimenta- tion du capteur 82 ainsi que la source de tension de référence. Le courant de la diode Zener est limité par la résis- tance 106 et la diode 108 sert à compenser la.,dérive en tempé- rature de la tension de la diode Zener. Les condensateurs en dérivation 110 et 112 sont utilisés pour filtrer et pour éviter une oscillation dans des environnements présentant des parasites électriques. Un dispositif perfectionné de mesure de pression a donc été décrit, remplissant à la fois une fonction de commutation à une pression prédéterminée et une fonction de production d'un signal analogique dans une plage de pressions, comprenant la pression prédéterminée, Il est bien entendu que le mode de réalisation décrit ci-dessus n'est qu'un exemple d'application des principes de l'invention. De nombreux autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de l'art sans sortir du cadre ni de l'esprit de l'invention, définis par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrâle de la pression d'un fluide dans un circuit et remplissant à la fois une fonction de commutation à une pression prédéterminée et une fonction de production d un signal analogique dans une plage de pressions comprenant ladite pression prédéterminée, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un carter (34) contenant une chambre (50), un diaphragme (42) qui ferme une extrémité de ladite chambre, un dispositif (54) qui établit une communication de fluide entre ledit circuit et ledit diaphragme à l'extérieur de ladite chambre, une tige d'actionne- ment (44) dans ladite chambre, ladite tige d'actionnement comportant des extrémités opposées dont une premiere est accouplée avec ledit diaphragme pour se déplacer avec lui, un dispositif (78) de guidage de ladite tige d'actionnement dans son mouvement axial, un dispositif (72) de rappel de ladite tige d'actionnement vers ledit diaphragme, deux broches de connexion de commutateur (26, 30) montées sur ledit carter et pénétrant dans ladite chambre, un transducteur à effet de Hall (82) monté dans ladite chambre, un aimant (68) monté sur la seconde extrémité de ladite tige d'actionnement pour se déplacer avec elle, l'aimant étant positionné de manière que la distance entre ledit aimant et ledit transducteur à effet de Hall change quand ledit diaphragme se déplace, un dispositif conducteur (70) destiné à établir un court-circuit entre lesdites deux broches de connexion de commutateur et un dispositif (76) de montage dudit dispositif conducteur sur la seconde extrémité de ladite tige d'actionnement de manière que le dispositif conducteur se déplace avec ladite tige d'actionnement quand la pression fluidique augmente jusqu'à ladite pression prédéterminée, pour laquelle ledit dispositif conducteur établit un contact entre lesdites deux broches de connexion de commutateur, ladite tige d'actionnement continuant à se déplacer indépendamment dudit dispositif conducteur quand la pression fluidique augmente au-delà de ladite pression prédéterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (26, ) pour régler ladite pression prédéterminée. 3. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que ledit dispositif de réglage-consiste en un dispositif qui fait varier la distance dont - lesdites broches de connexion pénètrent dans ladite chambre. 4. Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que ledit dispositif de réglage consiste en une combinaison d'un filetage extérieur sur lesdites broches de connexion (26,30) et des trous taraudés dans ledit carter. 5. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit dispositif conducteur consiste en une rondelle (70) et ledit dispositif de montage comportant un collier (76) fixé sur ladite seconde extrémité de la tige d'actionnement, ledit collier comprenant une lèvre dirigée vers l'extérieur à l'extrémité opposée audit diaphragme, ladite rondelle entourant ledit collier entre ladite lèvre et ledit diaphragme et un dispositif (72) qui rappelle ladite rondelle à l'opposé dudit diaphragme et vers ladite lèvre. 6. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la direction du mouvement dudit aimant passe par ledit transducteur à effet de Hall. 7. Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en ce que ledit aimant (68) est magnétisé le long de sa trajectoire.