Brevet FR2715737A1 — publié le 19950804

La présente invention est relative à une amélioration apportée aux capteurs accélérométriques, et plus particulièrement aux capteurs de type piézlectrique destinés à la détection et à la mesure du cliquetais des moteurs à combustion inteme. On utilise couramment, pour la mesure du cliquetais des moteurs à combustion inteme, des capteurs accélérométriques du type non résonnant, permettant de mesurer l'intensité des vibrations occasionnées par ce phénomène sur la culasse des moteurs. L'intérêt de ce type de capteurs réside dans leur courbe de réponse, présentant une zone dans laquelle leur sensibilité est sensiblement constante en fonction de la fréquence. Cette plage utile est limitée vers les fréquences supérieures à cause des non linéarités générées par la fréquence de résonance du capteur sur son montage. Or, la commande électronique des moteurs requiert la mesure des vibrations révélatrices de diquetis sur une gamme de fréquences de plus en plus étendue. On connaît, par exemple du brevet EP 0 184 666, un capteur accélérométrique constitué, comme le montre la figure lA, représentative de l'état de la technique, d'une embase 10 en forme de manchon 11 terminé par une collerette 12 sur laquelle sont empilés une rondelle piézo-électrique 2 placée entre deux disques de connexion 3 et une masse sismique 4, cet empilage étant précontraint par une rondelle élastique 5 et un écrou 6 vissé sur le manchon. De tels capteurs, habituellement utilisés en électronique automobile, présentent une fréquence de résonance typique de l'ordre de 12 à 15 Khz, limitant la mesure du cliquetis à des plages de fréquences inférieures à 10 Khz. Différentes solutions ont été proposées pour repousser la fréquence de résonance de ce type de capteur vers des fréquences plus élevées. On peut citer à titre d'exemple l'emploi d'une précontrainte plus élevée sur l'empilage, qui présente l'inconvénient d'occasionner un vieillissement accéléré du cristal piézo-électnque réduisant la fiabilité du capteur, ou l'emploi de matériaux plus rigides pour l'embase, tels que le béryllium, ce qui augmente le coût du capteur, ou encore rapplication d'une couche de graisse, de colle ou de polymère entre le capteur et la surface sur laquelle il est monté, ce qui introduit une opération supplémentaire difficile à maîtriser. La présente invention a donc pour but de proposer une solution simple, économique et facile à mettre en oeuvre industriellement. On atteint ce but de l'invention au moyen d'un capteur accélérométrique, du type constitué d'une embase présentant la forme d'un manchon prolongé par une collerette dont la face supérieure définit un épaulement sur lequel sont empilées au moins une rondelle piézo-electrique, des disques de connexion et une masse sismique, et dont la face inférieure sert de surface de contact entre ledit capteur et une pièce à mesurer. Selon l'invention, la surface de contact présente une forme annulaire dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre exteme du manchon, et le diamètre moyen est au moins égal au diamètre moyen de l'épaulement. Suivant une caractéristique de la présente invention, la face inférieure de la collerette comporte un évidement coaxial au manchon et de diamètre supérieur au diamètre exteme de celui-ci. Le capteur selon l'invention est destiné à être fixé sur une pièce par l'intermédiaire d'une vis passant par l'alésage du manchon. Suivant une caractéristique remarquable de l'invention, la superficie de la surface de contact est déterminée de manière à éviter une déformation plastique permanente des surfaces en regard sous b pression exercée par la vis. D'autres caractéristiques et avantages du capteur suivant l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés dans lesquels: - la figure lA représente une vue en coupe d'un capteur de la technique antérieure, - la figure 1B représente une vue de dessous de embase d'un capteur de la technique antérieure, - la figure 2A représente une vue en coupe d'un capteur selon rinvention, - la figure 2B représente une vue de dessous de l'embase d'un capteur selon l'invention, - la figure 3 représente les courbes de réponse comparées d'un capteur de la technique antérieure et d'un capteur selon l'invention. On se réfère à la figure lA, partiellement décrite dans le préambule, où on a représenté une vue en coupe d'un capteur accélérométrique 1, du type employé par exemple pour mesurer les vibrations engendrées dans la culasse d'un moteur à combustion inteme, vibrations dont l'intensité est révélatrice de la présence de cliquetais. Ce capteur se compose d'une rondelle piézo-électrique 2 placée entre deux disques métalliques 3 destinés à assurer la connexion électrique des faces de la rondelle à un connecteur (non représenté). Une masse sismique 4 de forme sensiblement identique à la rondelle 2 est pressée contre l'empilage précédent par une rondelle élastique 5 et un écrou 6. Ces éléments sont montés sur une embase 10 se présentant sous la forme d'un manchon 11 terminé par une collerette 12, coaxialement au manchon. La face supérieure de la collerette 12 forme un épaulement 122, défini par la paroi extérieure 112 du manchon Il et le bord de la collerette, sur lequel repose l'empilage. L'extrémité du manchon 11 opposée à la collerette présente un filetage sur lequel est vissé l'écrou 6 permettant ainsi d'appliquer une contrainte initiale à l'empilage. Un surmoulage 7 en matière plastique enrobe le capteur, à l'exception de l'alésage 111 ménagé dans le manchon 11, destiné à recevoir une vis de fixation 20 (figure 2A) et de la face inférieure de la collerette qui sert de surface de contact 121 avec une pièce 30 (figure 2A), par exemple la culasse du moteur dont on veut détecter le cliquetis. On a représenté sur la figure 1B une vue de dessous de l'embase 10. On peut constater sur cette vue que la surface de contact 121 s'étend de l'alésage lii jusqu'au bord de la collerette, tandis que l'épaulement 122 va de la paroi extérieure 112 du manchon jusqu'au même bord de la collerette. On a matérialisé le diamètre moyen de la surface de contact 121 par le repère zP1 et celui de l'épaulement 122 par le repère zip2. On peut alors constater que le diamètre zP1 est notablement inférieur à zP2. Ceci conduit dans le cas où la surface de la pièce 30 n'est pas parfaitement plane, à avoir, pour la collerette 12, un comportement analogue à celui d'un disque fixé en son centre et libre aux extrémités, ce qui entraîne une vibration parasite transmise à la rondelle piézo électrique. Ceci se traduit, comme on peut le voir sur la figure 3 où la courbe de réponse de ce capteur est représentée en trait plein, par la présence d'une fréquence de résonance Fr1 relativement basse et une plage utile PU1, dans laquelle le signal du capteur est sensiblement linéaire, réduite. On a représenté sur la figure 2A une vue en coupe du capteur selon l'invention, détaillant plus particulièrement l'embase 10. Cette embase présente, sur la face inférieure de la collerette 12, un évidement 13 coaxial au manchon 11. Le diamètre de cet évidement est supérieur au diamètre de la paroi extérieure 112 du manchon 11. La profondeur de cet évidement a été limitée à quelques dixièmes de millimètres pour ne pas affaiblir la collerette 12. On a également pratiqué un décrochement 14 sur la périphérie de la face inférieure de la collerette. Ces modifications ont pour effet de modifier la surface de contact 121 de embase 10 sur la pièce 30. Comme on peut le constater sur la figure 2B, cette surface de contact présente une forme annulaire dont le diamètre intérieur, délimité par le diamètre de l'évidement 13, est supérieur au diamètre extérieur du manchon 11. La profondeur radiale du décrochement 14 a été choisie de telle sorte que les diamètres moyens zP1 et O2 soient sensiblement confondus. Cette disposition présente l'avantage d'éliminer pratiquement les vibrations parasites de la collerette 12 et, comme on peut le voir sur la courbe de réponse représentée en pointillés sur la figure 3, de repousser la fréquence de résonance Fr2 du capteur vers des fréquences plus élevées. La plage utile PU2 du capteur selon l'invention en est alors sensiblement augmentée. On a pu constater expérimentalement que si le diamètre moyen sP1 de la surface de contact 121 est supérieur au diamètre moyen O2 de l'épaulement, une amélioration de la courbe de réponse du capteur, de même nature, quoique de moindre intensité, se produisait. De ce fait, la présence du décrochement 14 n'est pas indispensable. Cependant ce décrochement présente certains intérêts, par exemple lors du surmoulage du capteur où il permet de limiter précisément le surmoulage 7. Il serait également équivalent de modifier la surface de contact 121, avec le même effet, en réalisant une surépaisseur ou un bossage sur la face inférieure de la collerette 12. On a décrit jusqu'à présent l'amélioration apportée au capteur avec une surface de contact 121 sensiblement plane. Cependant le meme résultat pourrait etre obtenu avec un profil de surface différent, par exemple légèrement convexe. II est alors important de déterminer le rayon de courbure de la surface de contact en fonction des matériaux respectifs de la pièce 30 et de l'embase 10 et de l'effort de serrage appliqué sur la vis 20. En effet, la pression maximale exercée par l'embase sur la pièce 30 ne doit pas dépasser la limite élastique du moins résistant des deux matériaux, sous peine de déformer durablement la surface de contact, ce qui aurait pour conséquence, en cas de déformation de la surface de la pièce 30, de rendre délicat, voire impossible le remplacement d'un capteur. Cette considération doit être également prise en compte dans le cas d'une surface de contact 121 plane, mais de superficie réduite. Pour des capteurs de diquetis couramment utilisés en électronique automobile, dont le diamètre exteme est de l'ordre de vingt millimètres et où les matériaux en regard sont de rader, de l'aluminium ou du laiton, une largeur d'anneau de quelques millimètres pour la surface de contact 121 est suffisante. REVENDICATIONS 1. Capteur accélérométrique (1) du type constitué d'une embase (10) présentant la forme d'un manchon (11) prolongé par une collerette (12) dont la face supérieure définit un épaulement (122) sur lequel sont empilées au moins une rondelle piézo-électrique (2), des disques de connexion (3) et une masse sismique (4), et la face inférieure sert de surface de contact (121) entre ledit capteur et une pièce (30) à mesurer, caractérisé en ce que la surface de contact présente une forme annulaire dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre exteme du manchon, et le diamètre moyen (ex1) est au moins égal au diamètre moyen (o2) de l'épaulement. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face inférieure de la collerette (12) comporte un évidement (13) coaxial au manchon (11) et de diamètre supérieur au diamètre externe de celui-ci. 3. Capteur selon la revendication 1, destiné à être fixé sur une pièce (30) par l'intermédiaire d'une vis (20) passant par l'alésage du manchon, caractérisé en ce que la superficie de la surface de contact (121) est déterminée de manière à éviter une déformation plastique permanente des surfaces en regard sous la pression exercée par la vis.