Brevet FR2678984A1 — publié le 19930115

La présente invention concerne un dispositif de conduction de signaux entre un piston à mouvement alternatif de fréquence élevée et un organe fixe. Le domaine d'application de l'invention est essentiellement celui des moteurs thermiques et des compresseurs. Pour ce qui concerne par exemple la construction automobile, les constructeurs cherchent constamment à améliorer les performances, la propreté et la sobriété des moteurs. Pour ce faire ils ont besoin de connaître avec toujours plus de finesse et de précision le comportement de tous les composants du moteur en fonctionnement. La connaissance des paramètres liés au piston (température, déformations, frottements...) ne peut s'acquérir aisément du fait du mouvement de translation rapide de ce dernier et des accélérations importantes qu'il subit (plus de 2 000 g.). I1 existe des appareillages permettant de réaliser quelques mesures et d'acquérir les données correspondantes par transmission électrique. On citera pour mémoire quelques uns de ces moyens aujourd'hui utilisés. I1 s'agit par exemple d'une solution par biellettes qui consiste à relier électriquement les capteurs portés par le piston au carter fixe du moteur au moyen de conducteurs électriques disposés dans l'axe d'articulation de la bielle au piston, dans la bielle et dans des biellettes qui relient la tête de bielle au carter. Les conducteurs sont soumis à des contraintes de fatigue en torsion et en flexion et leur durée de vie est très brève.De plus les biellettes reliant la tête de bielle au carter introduisent des perturbations dans les mesures en ajoutant à l'équipage mobile des masses en mouvement qui n'existent pas sur les moteurs de série. On connaît également des systèmes à frotteurs disposés entre la bielle et le vilbrequin, qui sont complexes et qui délivrent des signaux de mauvaise qualité. On signalera enfin des appareillages dans lesquels la transmission est réalisée par ondes hertziennes haute fréquence. On constate dans ce cas un niveau de bruit électromagnétique très important qui nuit à la précision de l'acquisition des données. Ces moyens sont par ailleurs d'un prix extrêmement élevé. L'invention entend proposer une appareillage différent, filaire pour conserver une transmission de qualité aisément mis en place entre carter et piston pour former soit une liaison d'expérimentation, soit une liaison permanente dans des moteurs de série afin de pouvoir utiliser les paramètres acquis dans la commande du fonctionnement du moteur. A cet effet, l'invention a donc pour objet un dispositif de conduction de signaux entre un piston à mouvement alternatif de fréquence élevée et un organe fixe, qui comporte au moins une lame conductrice flexible dont une extrémité est connectée au piston et l'autre extrémité connectée à l'organe fixe, la lame formant entre les deux une boucle en U à géométrie variable dont les deux branches sont dans leur zone de fixation, sensiblement parallèles à la direction du mouvement du piston. Afin de résister aux contraintes de fatigue auxquelles elle sera soumise la lame est constituée par une pluralité de fibres longues dans une matrice en résine synthétique, les fibres étant orientées dans le sens longitudinal de la lame. Dans la mesure où la circulation des signaux se fait par voie électrique les fibres longues sont des fibres de carbone électriquement conductrices. Si en revanche, les signaux sont de nature optique les fibres longues sont des fibres optiques. La lame est soumise à des accélérations très importantes et malgré sa faible masse, celles-ci sont la cause de mouvements de grande amplitude. Afin de limiter ces mouvements et les déformations excessives qui en résultent, le piston et l'organe fixe comportent une piece d'appui pour chaque branche de la boucle, s'étendant en direction du fond du U depuis la zone de fixation de chaque branche à l'organe correspondant, chaque pièce d'appui présentant pour les branches de la lame une surface parallèle à la direction du mouvement. Dans le même esprit, le dispositif de l'invention comporte en outre, dans la zone de fixation de chaque branche de la lame, une contre-pièce faisant face à la pièce d'appui, les extrémités de branche de la lame étant située entre la pièce d'appui et la contre-pièce, cette dernière formant un limiteur du rayon de courbure pris par la lame à l'extrémité de chaque course du piston. On comprend que par cette disposition on limite le débattement angulaire de la lame dans les zones de fixation, limitant en conséquence les contraintes excessives que ces déformations pourraient engendrer aux points de fixation, lorsque le piston est aux points morts haut en bas, points où le ou les lames sont soumises à des quantités d'accélération maximales. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description donnée ci-après d'un exemple de réalisation dans une version de laboratoire et dans une version permettant d'envisager l'installation du dispositif à demeure sur les véhicules de série afin soit de recueillir des informations relatives au comportement du piston et influencer en conséquence le fonctionnement du moteur, soit de transmettre des signaux au piston pour piloter à son niveau certains paramètres. Il sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels: -la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un mode de réalisation expérimental du dispositif selon l'invention, -la figure 2 est une vue schématique en coupe de ce même dispositif dans une autre mise en oeuvre, -la figure 3 est une vue de détail de la réalisation de la figure l. Le schéma de la figure 1 représente partiellement un bloc moteur (1) déculassé avec un piston (2) coulissant dans une chemise (3). Le piston est ici représenté au point mort haut c'est-à-dire à l'extrémité supérieure de sa course alternative. Au sommet de ce piston on a fixé une pièce (4) qui sert de pièce de fixation au piston du dispositif (5) selon l'invention. La pièce (4) est une sorte d'équerre présentant une face (6) sensiblement plane dont l'extrémité voisine du piston porte un dispositif d'attelage (7) (ici une vis) d'une extrémité correspondante du dispositif (5). La partie fixe (8) du bloc moteur porte de la même manière un support (9) pour la fixation, par une vis (10) sur une face plane (11), de l'autre extrémité du dispositif (5). On notera que le décalage d'altitude (4) entre les vis (7) et (10) correspond sensiblement à la moitié de la course du piston. Les surfaces (6) et (11) sont parallèles entre elles et parallèles à la direction D du déplacement du piston (2). Le dispositif de conduction de signaux entre le piston (2), (donc l'équerre (4)) et le bloc-moteur (8) (donc l'équerre (9)) comporte au moins une lame (12) flexible conductrice des signaux c'est-à-dire électiquement conductrice s'il s'agit de signaux électriques ou optiquement conductrice s'il s'agit d'un matériau adapté (en verre par exemple). Cette lame (12) forme un U entre les deux surfaces (6) et (11) sur lesquelles l'extrémité des branches de ce U est plaquée par les organes de fixation (7) et (10). La longueur de cette lame est choisie pour que lors du mouvement du piston, le U se déforme sans que la lame prenne des rayons de courbure trop petits. On a par exemple utilisé comme lame électriquement conductrice, une bande en matériau composite de 6 millimètres de large et d'épaisseur de l'ordre de 125p comportant une pluralité de fibres de carbone longues, (de diamètre 8fur) dans une matrice de résine PEEK (polyether-ether-cétone) fabriquée par la Société I.C.I. et commercialisée sur la référence A.P.C.2. Les deux extrémités de cette bande ont été débarrassées de leur résine afin de les conformer en une extrémité de connexion électrique au besoin métallisée et étamée. On remarquera sur cette figure 1 qu'en fait la liaison entre piston (2) et bloc-moteur comporte trois lames flexibles (12), (13) et (14). Les lames (12) et (14) sont de même nature tandis que la lame (13) est une lame isolante faite de fibres de verre longues dans une matrice PEEK également fabriquée par la société ICI et commercialisée sous la référence S glass. La lame (13) est d'une largeur un peu plus importante que les lames (12) et (14) pour éviter les perturbations de l'une par l'autre des lames conductrices. Ces lames sont de longueur différente pour éviter qu'elles frottent lune sur l'autre dans leur mouvement. Le dispositif comporte également dans la zone d'attelage des lames flexibles aux équerres (4) et (9) une contre-pièce, respectivement (15) et (16) qui présente en regard de la face plane de chaque équerre d'appui une surface divergente qui s'étend le long d'une courbe déterminée dans le but de limiter le rayon de coubure de la ou des lames lorque le piston atteint chacune des extrémités de sa course, comme cela est représenté à la figure 2. Chaque extrémité de la ou des lames est pincée entre l'équerre et la contre-pièce correspondante si bien que des branches du U sont toujours par leur extrémité orientés dans la direction D du mouvement du piston. La figure 3 est une vue de détail de la fixation de l'ensemble de ces trois lames à l'équerre (4) solidaire du piston (2), le piston étant immobile. On a affecté à la lame électriquement conductrice (12) la sortie d'un accéléromètre (17) alors que la lame (14) réalise la continuité des masses. La lame (13) est l'isolement des deux lames conductrices. La fixation de l'ensemble des lames et de la contre-pièce (15) est réalisée par boulons (7) isolés électriquement des lames (12) et (14) par un manchon diélectrique. En outre dans le bas de la figure la lame (12) est isolée du piston par un isolant (18) qui assure également l'isolement de la contrepièce (15) au contact de la lame (12). Cet isolant n'est pas nécessaire si la géométrie des pièces assemblées ne permet pas leur contact. A la figure 2, on retrouve certains des éléments déjà décrits avec les mêmes références. Une seule lame simple (12) est représentée attelée d'un côté à une équerre (19) ellemême fixée sur le piston et, de l'autre côté à une équerre (20), se résumant à une plaque, fixée au bloc moteur (8). La chemise (3) du bloc moteur est échancrée en (21) pour autoriser le passage de la lame (12) au point mort haut du piston de manière à mettre en oeuvre une bande aussi courte que possible. En pointillé sur cette figure on a représenté la bande au point mort bas du piston. Le gauchissement du fond du U que forme la bande est dû aux accélérations qu'elle subit.On comprend le rôle des contre-pièces (15) et (16) qui interdisent à la bande d'être décollée de son support (19) ou (20) jusqu'au voisinage des fixations (7) et (10) où elles subiraient d'importantes contraintes d'arrachement pouvant conduire à une détérioration plus rapide, aux points morts haut et bas du piston. Alors que le montage de la figure 1 est destiné à étudier les paramètres d'un piston dont le mouvement résulte, sur un banc d'essais, de l'entraînement du vilebrequin par un moteur auxiliaire, celui de la figure 2 est destiné à un piston dans les conditions de fonctionnement normal d'un moteur, sur banc d'essais ou à demeure dans un véhicule de série. Dans l'exemple de réalisation ci-dessus la conduction des signaux est réalisée par voie électrique. L'invention s'applique également à une conduction de signaux par voie optique. On a en effet constaté que la lame (13), utilisée comme isolant électrique, à base de fibres de verre, possède les mêmes qualités de résistance à la fatigue et de longévité que les lames (12) et (14). Il est donc tout à fait possible d'utiliser des fibres optiques dans une lame unique de liaison d'émetteurs, capteurs ou transducteurs optiques disposés sur le piston et sur le bloc moteur. On notera figure 1 enfin la présence d'un organe élastique (21), du genre ressort à lame, en matériau composite, dans lequel les lames de longueurs différentes sont indépendantes les unes des autres, intercalé entre la ou les lames (12) (13), (14) et la contre-pièces (16), dont l'effet tend à ramener la branche du U contre la surface (11). Cette disposition du genre ressort à lame présente une raideur progressive croissante au fur et à mesure que la branche du U se courbe et a pour effet de limiter la violence du choc de la lame contre la contre-pièce (16) quand le piston le piston 2 arrive au point mort bas. Cette même disposition existe du côté de la pièce d'appui (4) et de la contre-pièce (15) mais n'est pas représentée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de conduction de signaux entre un piston (2) a mouvement alternatif de fréquence élevée et un organe fixe (8), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une lame (12) conductrice flexible dont une extrémité est connectée au piston (2) et l'autre extrémité connectée à l'organe fixe (8), la lame formant entre les deux une boucle en U à géométrie variable dont les deux branches sont dans leur zone de fixation sensiblement parallèles à la direction D du mouvement du piston. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lame (12, 13, 14) est constituée par une pluralité de fibres longues dans une matrice en résine synthétique orientées dans le sens longitudinal de la lame. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé, en ce que les fibres longues sont les fibres de carbone électriquement conductrices. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fibres longues sont des fibres optiques. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston (2) et l'organe fixe (8) comportent une pièce (4, 9) d'appui pour chaque branche de la boucle, s'étendant en direction ou fond du U depuis la zone de fixation de chaque branche à l'organe correspondant chaque pièce d'appui présentant pour les branches de la lame une surface (6, 11) parallèle à la direction (D) du mouvement. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte, dans zone de fixation de chaque branche de la lame (12, 13, 14), une contre-pièce (15, 16) faisant face à la pièce d'appui (4, 9), les extrémités de branche de la lame (12, 13,14) étant situées entre la pièce d'appui (4, 9) et la contre-pièce (15, 16), cette dernière formant un limiteur du rayon de courbure pris par la lame à l'extémité de chaque course du piston (2). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte entre la pièce d'appui et la contre-pièce un élément élastique plan (21) qui tend à maintenir la partie terminale de chaque branche de la lame (12, 13, 14) plaquée contre la pièce d'appui (4, 9) correspondante. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs lames (12, 13, 14) isolées les unes des autres.