Brevet FR2689240A1 — publié le 19931001

La présente invention concerne le domaine de la surveillance du vieillissement d'un liquide de fonctionnement d'un moteur à combustion interne. Le liquide de fonctionnement peut être de préférence le liquide de refroidissement du moteur ou l'huile moteur nécessaire à la lubrification des pièces en mouvement et aux transferts de chaleur dans le moteur. Quelle que soit le liquide envisagé, son état est très important, c'est pourquoi, dans le cas de l'huile-moteur par exemple, il est nécessaire de changer périodiquement cette huile afin de ne pas l'utiliser lorsqu'elle est trop dégradée. En effet, dans tout moteur, le couple moteur-huile lubrifiante doit être considéré comme un tout, la dégradation des caractéristiques de l'un pouvant avoir des conséquences très graves pour la durée de vie de l'autre. La vitesse de dégradation d'une huile dépend directement de sa qualité, de son état mécanique, du type de moteur utilisé et surtout, dans les moteurs d'automobile, des conditions d'utilisation. L'utilisation d'une huile moteur en bon état réduit significativement l'usure du moteur. L'efficacité de ces huiles dépend largement de leur viscosité en fonctionnement. Pour les moteurs utilisés en traction automobile, les conditions d'utilisation les plus sévères quant au vieillissement d'une huile sont le fonctionnement à basse température (démarrages, petits trajets) et le fonctionnement à haute température (fortes charges prolongées). Le remplacement systématique de l'huile d'un moteur sans tenir compte de son état et des conditions de son utilisation conduit, soit à des changements d'huile trop fréquents et à des temps d'immobilisation du véhicule injustifiés, soit à s'exposer à des incidents techniques pour avoir conservé trop longtemps une huile vieillie prématurément. Ces considérations sont vraies aussi pour les moteurs de traction ferroviaire, les moteurs de navires et les moteurs d'avions pour lesquels la dégradation prématurée d'une huile due à des causes fortuites peut avoir des conséquences catastrophiques que ce soit du point de vue humain, économique ou écologique. Les bases d'huile entrant dans l'élaboration des lubrifiants, qu'elles soient minérales ou de synthèse, n'ont pas toutes les qualités requises pour l'usage auquel elles sont destinées. On leur ajoute donc des additifs qui peuvent avoir des effets antioxydant, anti-usure, anti-corrosion, anti-congélant ou encore améliorant l'indice de viscosité. Les caractéristiques physico-chimiques de l'huile finalement utilisée dépendent de l'ensemble de ces additifs dont certains peuvent avoir des effets multiples. La dégradation des caractéristiques d'une huile est due pour une bonne part à la consommation et/ou à la dégradation de ses additifs. Cette dégradation est généralement lente et progressive lors du vieillissement, mais elle peut aussi évoluer de façon très rapide lors d'un fonctionnement anormal du moteur ou lorsque la fin de la durée de vie utile de huile est atteinte. I1 ressort de ce qui précède que le degré de vieillissement d'une huile moteur étant un facteur non négligeable dans le fonctionnement du moteur, il s'avère très intéressant de pouvoir surveiller l'état de lthuile-moteur par exemple. Plusieurs dispositifs ont déjà été proposés dans ce domaine. Certaines études ont montré la corrélation entre la variation de pression de l'huile en fonctionnement et sa viscosité. L'article SAE902066, publié en Octobre 1990 et intitulé "condition monitoring of engine oils" en est un exemple. Le brevet US-4,847,768 divulgue une méthode de détermination du vieillissement de l'huile moteur fondée sur une mesure de température en début de fonctionnement puis un calcul prenant également en compte le nombre de tours du moteur. Le brevet US-4,742,476 décrit un dispositif faisant aussi appel à la température de l'huile et à la vitesse moteur. Le dispositif divulgué dans le brevet US-4,796,204 prend en outre en compte un troisième paramètre qui est la charge du moteur pour calculer la dégradation d'une huile moteur. Le brevet US-4,785,287 mentionne un appareil de détermination de l'état d'une huile, paramétré par une mesure d'ondes à ultrasons traversant le liquide et dont la forme est fonction de l'état de l'huile. Le brevet US-4,646,070 décrit un procédé et un appareil mesurant la constante diélectrique (ou permitivité) de l'huile qui varie dans le même sens que la dégradation de l'huile. Les systèmes qui viennent d'être cités sont parfois assez sophistiqués, ce qui peut les rendre relativement chers. Or le coût est un paramètre très important pour le constructeur d'automobiles, c'est pourquoi il pourra parfois renoncer à équiper un moteur de tels systèmes, avec les risques que cela peut entraîner. Un second facteur influant négativement sur les systèmes proposés dans l'art antérieur concerne leur fiabilité. Ils font en effet souvent appel à des pièces fragilisables par les sévères conditions de fonctionnement du moteur (température, pression...), c'est pourquoi leur durée de vie peut être faible. De façon différente, l'invention vise un système simple, fiable, facile à mettre en oeuvre. La présente invention propose un système de surveillance du vieillissement de l'huile moteur ou du liquide de refroidissement du moteur par détermination directe d'au moins une des caractéristiques significatives dudit vieillissement. Selon l'invention, le système comporte - un élément sensible en contact avec le liquide à surveiller et dont au moins une caractéristique varie avec la dégradation du liquide à surveiller; - un premier organe électrique destiné à détecter les variations de l'élément sensible; et - un second organe électrique réagissant au premier organe électrique et capable d'émettre un signal particulier lorsque ledit premier organe électrique indique certaines valeurs. Préférentiellement, le paramètre significatif du vieillissement est le degré d'oxydation du liquide de fonctionnement. Avantageusement, le premier organe électrique mesure une variation de résistance dudit élément sensible, ladite variation étant due à la corrosion dudit liquide. Selon un mode de réalisation de l'invention, le premier organe électrique mesure une variation d'inductance du élément sensible, ladite variation étant due à la corrosion dudit liquide. Selon l'invention, l'élément sensible peut être un fil enroulé en spirale dont la section varie avec la variation du degré d'oxydation du liquide à surveiller et avec sa durée d'immersion dans ledit liquide. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, faite à titre illustratif et nullement limitatif en référence à l'unique figure annexée. Cette figure montre par une coupe longitudinale un système (ou sonde) expérimental(e) qui comporte un élément support 1 muni d'un embout la sur lequel est enroulé de façon hélicoïdale un fil conducteur 2. Des encoches (non référencées) dans l'embout la peuvent par exemple guider le fil. En amont et en aval de son enroulement sur l'embout la, le fil traverse la base lb de l'élément-support 1 afin d'en ressortir à chacune de ses extrémités. A ce niveau, chaque extrémité du fil est en contact avec l'embase 3a d'une fiche 3 établissant la liaison électrique avec un premier organe électrique (non représenté) qui peut être par exemple un ohmmètre. Tout organe électrique capable de détecter une variation électrique (résistance, inductance...) correspondant à une variation d'une caractéristique physique de l'élément sensible 2 est envisageable sans sortir du cadre de la présente invention. De façon préférentielle, les deux fiches 3 traversent un élément isolant 4 lui-même monté dans une pièce-support 5 et/ou une pièce de raccordement 6. La pièce de raccordement 6 est destinée à fixer, de préférence de façon amovible, l'ensemble des éléments constituant la sonde sur la paroi de l'élément (conduite, réservoir....) dans lequel circule le liquide à surveiller. L'élément de raccordement 6 peut être vissé dans la paroi si l'épaisseur est suffisante ; il pourrait aussi être collé, emmanché à force dans cette paroi. L'embout isolant la sur lequel est enroulé le fil 2 est immergé dans le liquide à surveiller. Un élément de protection Sa peut être prévu afin de protéger le fil 2 notamment des effets de l'écoulement. Selon l'exemple donné par la figure 1 l'élément de protection 5a fait partie de la pièce support 5 ; ce pourrait être une pièce indépendante. L'élément de protection 5a est pourvu d'orifices 5b dont le nombre et la géométrie peuvent varier. La présence de l'élément Sa n'est nullement obligatoire pour le bon fonctionnement de la sonde selon l'invention. Le fil 2 peut être réalisé en plomb, ou tout autre métal sensible à la corrosion, de sorte que sa section va diminuer avec l'oxydation du liquide à surveiller dans lequel il est immergé. Tout autre matériau dont au moins une caractéristique varie avec la dégradation du liquide à surveiller, peut bien entendu être utilisé sans sortir du cadre de la présente invention. En particulier, tous les composés contenant un ou plusieurs métaux peuvent être utilisés. Dans le cas d'un fil en plomb, des essais ont par exemple montré une variation (ici une diminution de diamètre de 50 % Ainsi un fil de plomb de diamètre initial = 0,125 mm, immergé pendant 60 heures à 137"C dans une huile moteur a vu sa section devenir égale à 0,065 mm au bout de 36 heures. Selon un mode de réalisation de l'invention, cette variation physique du fil est détectée par un ohmmètre (non représenté) qui indique une variation de résistance correspondante du fil. Bien entendu, cette variation électrique peut avantageusement être traitée afin notamment de déterminer la limite à partir de laquelle le liquide à surveiller doit être changé. Tout traitement électrique et/ou électronique peut être envisagé. Par exemple, on peut, à l'aide d'un micro-calculateur embarqué, mémoriser un certain nombre N de variations puis comparer la Nième variation calculée avec la moyenne ou l'ensemble des N variations mémorisées. Si cette Nième variation est très différente des variations précédentes, elle sera considérée comme suspecte de sorte que la variation suivante (N+l)ième sera surveillée et si la (N+l)ième variation s'écarte elleaussi sensiblement des variations précédentes, alors un signal d'alarme pourra être actionné, afin d'indiquer au conducteur du véhicule que le liquide en question (huile-moteur, liquide de refroidissement) est dégradé et doit en conséquence être rapidement changé. L'exemple, non limitatif, de traitement qui vient d'être sommairement décrit permet de détecter très tôt le vieillissement du liquide puisque la variation de la résistance du fil en fonction du temps est monotone tant que le liquide est peu oxydé. On obtiendra donc des variations quasiment constantes pendant toute cette phase. Par contre, lorsque l'oxydation du liquide s'accroît, marquant ainsi la fin de vie du liquide, les variations deviennent importantes. La sonde selon l'invention permet donc de détecter ce phénomène et en particulier le changement de pente tel que décrit ci-dessus. Sans sortir du cadre de la présente invention, l'élément sensible peut être une couche mince métallique sensible à la corrosion par l'huile oxydée et déposée sur un isolant fixé sur la paroi interne du filtre à huile. La couche mince peut être reliée par exemple à un ohmmètre qui détecte toute variation de résistance due à la corrosion. En outre, la caractéristique mesurée peut être non pas la résistance, mais l'inductance, ou encore des mesures de fréquence reliées à la variation du diamètre de l'élément sensible. L'organe électrique qui mesure une telle variation n'est alors plus un ohmmètre mais l'organe approprié (balance de pesée, fréquence mètre...). Lorsque l'élément sensible est dégradé, la dégradation ayant été constatée, il devra être remplacé. Si l'on se place dans le cas d'une sonde à fil immergée dans de l'huile moteur, et telle que représentée sur la figure 1 par exemple, celle-ci devra être changée en même temps que l'huile. Les dispositifs qui viennent d'être décrits peuvent être utilisés pour la surveillance du vieillissement d'un liquide de fonctionnement de véhicules de transport, de moteurs stationnaires ou encore sur des bancs d'essais moteurs. Bien entendu, d'autres modifications et/ou adjonctions pourront être apportées à la description qui vient d'être faite sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. - Système de surveillance du vieillissement d'un liquide de fonctionnement d'un moteur à combustion interne, destiné à détecter au moins un des paramètres significatifs dudit vieillissement, caractérisé en ce qu'il comporte - un élément sensible (2) en contact avec le liquide à surveiller et dont au moins une caractéristique varie avec la dégradation du liquide à surveiller; - un premier organe électrique destiné à détecter les variations de l'élément sensible; et - un second organe électrique réagissant au premier organe électrique et capable d'émettre un signal particulier lorsque ledit premier organe électrique indique certaines valeurs. 2. - Système de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre significatif est la modification de la variation dans le temps du degré d'oxydation dudit liquide de fonctionnement. 3. - Système de surveillance selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier organe électrique mesure une variation de résistance dudit élément sensible (2), ladite variation étant due à la corrosion dudit liquide. 4. - Système de surveillance selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit premier organe électrique mesure une variation d'inductance dudit élément sensible (2), ladite variation étant due à la corrosion dudit liquide. 5. - Système de surveillance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément sensible (2) est un fil enroulé en spirale dont la section varie avec la variation du degré d'oxydation dudit liquide à surveiller et la durée d'immersion dans ledit cylindre. 6. - Système de surveillance selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément sensible est constitué d'une couche mince déposée sur un support isolant. 7. - Système de surveillance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit liquide à surveiller est l'huile destinée à lubrifier le moteur à combustion interne. 8. - Système de surveillance selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit liquide à surveiller est le liquide destiné au refroidissement du moteur. 9. - Utilisation dudit système de surveillance selon l'une quelconque des revendications précédentes sur des moteurs stationnaires ou des moteurs aux bancs d'essais.