Brevet FR2770290A1 — publié le 19990430

"Dispositif de mesure d'une caractéristique de l'espace annulaire d'un piston dans un cvlindre" La présente invention concerne un dispositif de mesure de la valeur d'au moins une caractéristique physique de l'espace annulaire autour de la paroi latérale cylindrique d'un piston disposé dans un cylindre et portant au moins un segment, notamment d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Par le brevet DE-A-4 406 132, on connaît un dispositif de mesure du jeu radial entre un piston et la chemise d'un cylindre au moyen de capteurs montés radialement dans des perçages de la paroi cylindrique du piston. Cette construction connue nécessite de disposer, dans l'espace intérieur du piston, d'un espace dégagé en face desdits perçages afin de pouvoir installer à l'intérieur du piston les capteurs de pression. Un tel espace n'existe en général pas dans les moteurs diesel dans lesquels les chambres de combustion sont creusées dans les parois supérieures des pistons. La présente invention a pour objet un dispositif de mesure dont la structure est telle qu'il ne perturbe pas ou peu l'évolution de l'état thermodynamique et chimique dans la chambre de combustion et l'espace annulaire piston-cylindre, qu'il n'entraîne pas ou peu de modifications du volume de cet espace, et qu'il ne nécessite pratiquement pas d'usinage et d'intervention par l'intérieur du piston. Selon l'invention, la paroi latérale du piston comprend, dans sa surface périphérique, un embrèvement ou évidement et un passage radial traversant débouchant d'une part dans le fond dudit évidement et d'autre part à l'intérieur du piston. Selon l'invention, un porte-capteur comprend au moins une partie se logeant en appui dans ledit évidement et présentant une surface extérieure cylindrique, dans la continuité de la surface extérieure cylindrique du piston. Selon l'invention, ledit porte-capteur présente, dans la zone dudit passage traversant du piston, un canal radial traversant dans lequel est fixé un capteur dont la partie sensible est tournée vers ledit espace annulaire et dont les moyens de connexion électriques s'étendent à l'intérieur du piston. Selon l'invention, des moyens assurent la fixation dudit portecapteur audit piston. Selon l'invention, le fond dudit évidement du piston constitue de préférence une surface d'appui contre laquelle vient en appui ledit porte-capteur. Selon l'invention, ledit porte-capteur comprend de préférence une partie se logeant dans ledit passage traversant du piston et au travers duquel s'étend son canal traversant. Selon l'invention, ledit canal traversant dudit porte-capteur comprend de préférence un épaulement tourné vers l'intérieur du piston, ledit capteur comprenant de préférence un épaulement en butée contre ledit épaulement dudit porte-capteur. Selon unr variante de l'invention, ledit évidement débouche dans la gorge périphérique du piston recevant ledit segment, ledit portecapteur logé dans cet évidement présentant une surface dans la continuité de la paroi de cette rainure. Selon l'invention, lesdits moyens de fixation dudit portecapteur au piston comprennent de préférence des moyens à vis traversant le fond dudit évidement. Selon une variante de l'invention, lesdits moyens à vis comprennent au moins une bague filetée en prise avec un trou taraudé traversant de la paroi latérale du piston et présentant des moyens d'accouplement pour un outil de serrage accessible par l'intérieur du piston, et une tige filetée en prise d'une part avec un trou taraudé borgne dudit porte-capteur formé dans sa face opposée à sa surface extérieure cylindrique précitée et d'autre part avec un trou taraudé borgne de ladite bague, les filets d'une part de ladite tige et dudit trou taraudé borgne de ladite bague et d'autre part de ladite bague et dudit trou taraudé traversant dudit piston étant de sens opposés. Selon une autre variante de l'invention, lesdits moyens à vis comprennent au moins une vis dont la tige traverse ledit porte-capteur et est en prise avec un trou taraudé borgne de la paroi latérale du piston, sa tête étant engagée dans un évidement extérieur dudit porte-capteur et présentant une surface extérieure cylindrique, dans la continuité de la surface extérieure cylindrique du piston. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un dispositif de mesure de la valeur d'au moins une caractéristique physique, en particulier de la pression, de l'espace inter-segments formé autour de la paroi périphérique cylindrique d'un piston disposé dans un cylindre, en particulier d'un moteur à combustion interne, décrit à titre d'exemple non limitatif et illustré schématiquement par le dessin sur lequel - la figure 1 représente en coupe un cylindre dans lequel est disposé un piston, partiellement en coupe, muni d'un dispositif de mesure selon la présente invention - la figure 2 représente une vue en élévation, en perspective, du dispositif de mesure précité, dans une vue éclatée - la figure 3a montre le porte-capteur du dispositif de mesure précité, en coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe du piston et comprenant l'axe de symétrie du capteur - la figure 3b représente en vue de côté le capteur du dispositif de mesure précité - la figure 4 représente le dispositif de mesure précité en cours d'assemblage, en coupe partielle selon un plan perpendiculaire à l'axe du piston et comprenant l'axe de symétrie du capteur - et la figure 5 représente une variante du dispositif de mesure précité en cours d'assemblage, en coupe partielle selon un plan perpendiculaire à l'axe du piston et comprenant l'axe de symétrie du capteur. En se reportant aux figures 1 à 4, on voit qu'on a représenté un piston creux 1 d'un moteur à combustion interne susceptible de se déplacer alternativement à l'intérieur de la chemise d'un cylindre 2 et déterminant avec ce dernier une chambre de combustion 3. L'étanchéité entre la chambre de combustion 3 située audessus du piston 1 et le carter 4, renfermant un vilebrequin relié au piston 1, est assurée par des segments 5 insérés dans des gorges périphériques 6 ménagées dans la paroi latérale 7 du piston 1 et distantes les unes des autres, de telle sorte que, dans l'exemple représenté, un espace annulaire 8 est formé entre le piston 1, le cylindre 2 et deux segments 5 adjacents. En correspondance avec l'espace annulaire 8, le piston 1 comprend un embrèvement ou évidement 13 creusé dans la paroi latérale externe 7 du piston 1 et débouchant, dans l'exemple représenté, axialement dans les gorges 6 adjacentes recevant les deux segments adjacents 5, cet évidement 13 présentant une section radiale en forme de U dont le plan axial de symétrie passe par l'axe du piston 1. L"évidement 13 présente un fond 14 qui constitue une surface d'appui et ses parois latérales 17 sont parallèles. La paroi latérale du piston 1 présente en outre un passage radial traversant 11 de section cylindrique qui débouche d'une part au centre du fond de l'évidement 13 et d'autre part à l'intérieur du piston 1, la partie extérieure de ce passage traversant 1 1 étant légèrement agrandie de manière à former un épaulement 12 d'appui pour un joint torique 18. Dans l'évidement 13 se loge, en occupant tout son volume, un porte-capteur 15 dont la surface extérieure 16 est usinée de façon cylindrique de manière à s'étendre dans la continuité de la surface extérieure cylindrique de la paroi latérale 7 du piston 1 et dont les flancs assurent également la continuité des flancs des gorges 6 adjacentes. Le porte-capteur 15 comprend une partie intérieure en saillie 15a s'engageant dans le passage traversant 11 du piston 1, le joint torique 18 entourant cette partie en saillie venant en appui sur le piston 1 et sur la face intérieure du porte-capteur 15. En face des parties d'extrémité périphériques ou branches 17 du porte-capteur 15, le piston 1 comprend, dans le fond 14 de son évidement 13, des trous traversants 102 taraudés situés de part et d'autre du passage traversant 1 1 et à axes parallèles à l'axe de ce dernier. Dans ces trous taraudés 102 sont disposées des bagues filetées 103 qui présentent des trous taraudés borgnes 104 ouverts vers l'extérieur. Les bagues 103 sont reliées aux branches 17 du porte capteur 15 par l'intermédiaire de tiges filetées 101 qui sont d'une part vissées dans des trous taraudés borgnes du porte-capteur 15 et d'autre part dans les trous taraudés 104 des bagues 103. Du côté intérieur du piston 1, les bagues 103 présentent des têtes 105 susceptibles de recevoir un outil. Les filets d'une part des tiges 101 et des trous taraudés 104 des bagues 103 et d'autre part des bagues 103 et des trous taraudés 102 du piston 1 sont de sens opposés et par exemple de même pas. Le porte-capteur 15 comprend un siège 27 déterminant un canal radial traversant dont l'axe est confondu avec celui de la partie intérieure en saillie 15a. Ce siège 27 comprend successivement, à partir de l'extérieur, une partie cylindrique lisse 28, une portée conique 29 tournée vers l'intérieur du piston 1, une partie taraudée 30 et une partie cylindrique élargie 31. Dans ce canal déterminé par le siège 27 du porte-capteur 15 est disposé un capteur 19, par exemple de pression. Ce capteur comprend, à partir de son extrémité sensible 20 tournée vers l'espace annulaire 8, une partie cylindrique 21 s'engageant dans la partie cylindrique 28 du porte-capteur, une face conique 22 venant en appui sur la portée conique 29 du porte-capteur 15, une partie filetée 23 se vissant dans la partie taraudée 30 du porte-capteur 15 et une tête hexagonale 24. Le capteur 19 comprend en outre des câbles 25, protégés éventuellement par une gaine 26, qui sortent du capteur 19 par le centre de sa tête hexagonale 24, à l'intérieur du piston 1, de telle sorte que les câbles sortent du bloc moteur par le bas du cylindre 2 opposé à la chambre de combustion 3. Par ailleurs, le piston 1 comprend, autour des trous taraudés 102, des gorges 107 ménagées dans sa surface d'appui 14, dans lesquels sont disposés des joints toriques d'étanchéité 106 contre lesquels vient en appui la face intérieure du porte-capteur 15. Le dispositif de mesure qui vient d'être décrit peut être installé de la manière suivante. Le piston étant hors du moteur, on fait passer le capteur 19 à l'intérieur du piston 1 par son extrémité ouverte puis au travers de son passage radial 11 en tirant les fils 25. A l'extérieur du piston 1, on monte le capteur 19 dans le portecapteur 15 en l'engageant comme décrit précédemment dans le canal précité déterminé par son siège 27 et on le fixe en vissant sa partie filetée 23 dans la partie taraudée 30 du siège 27, jusqu'à ce que sa face conique 22 vienne en butée contre la portée conique 29 du porte-capteur 15. Dans cette position montée, la face d'extrémité 20 de la partie cylindrique 21 du capteur 19 affleure la face périphérique externe 16 du porte-capteur 15. On visse par l'extérieur, sur une certaine longueur, les bagues de serrage 103 dans les trous taraudés 102 du piston 1. On installe les tiges filetées 101 sur le porte-capteur 15. On présente les extrémités libres des tiges 101 en face des trous taraudés 104 des bagues de serrage 103 en tirant les fils 25 dans le sens qui les fait sortir du piston 1 par son extrémité ouverte. Après quoi, on fait tourner les bagues de serrage 103 à l'aide d'un outil, que l'on met en prise par l'intérieur du piston 1 avec les têtes 105 des bagues de serrage 103, dans le sens adapté de telle sorte que les bagues de serrage 103 continuent leur progression dans les trous taraudés 102 vers l'intérieur et qu'en même temps les extrémités libres des tiges filetées 101 s'engagent dans les trous taraudés 104 des bagues 103. Ce faisant, le porte-capteur 15 s'engage dans l'évidement 13 du piston 1 jusqu'à venir en appui contre la surface d'appui 14 constituant le fond de l'évidement 13 du piston 1, en comprimant le joint d'étanchéité 18 et les joints d'étanchétié 107. En se reportant maintenant à la figure 5, on voit qu'on a représenté une variante de réalisation des moyens de fixation du portecapteur 15 dans l'évidement 13 de la paroi latérale du piston 1, en remplacement des tiges filetées 101 et des bagues 103. Selon cette variante, la paroi latérale du piston 1 comprend des trous taraudés 201 ménagés dans le fond 14 de son évidement 13 de part et d'autre du passage traversant 1 et parallèlement à ces derniers. Dans les branches opposées 17 du porte-capteur 15 sont percés des trous lisses traversants 202 à axes parallèles à celui du siège 27 et qui comportent, côté extérieur, des élargissements 204 à fonds plats. Dans les trous 202 sont engagées des vis 203 dont les tiges viennent en prise avec les trous taraudés 201 du piston 1 et dont les têtes 205 sont engagées dans les élargissements 204, ces têtes 205 présentant des fentes 206 pour recevoir un outil de serrage. Ces vis 203 permettent d'appliquer la face intérieure du porte-outil 15 sur la face d'appui 14 du piston, en comprimant le joint d'étanchéité 18. Après montage, les parties des têtes 205 des vis 203, qui dépassent à l'extérieur de la surface extérieure 16 du porte-capteur 15, sont usinées de manière à obtenir une continuité de surface avec cette surface extérieure 16. Bien entendu, on peut prévoir qu'il subsiste une partie des fentes 206 des têtes 205 de vis 203 en vue d'un démontage possible ultérieur du porte-capteur. I1 résulte de la description qui précède que les dispositifs de mesure proposés ne modifient quasiment pas la continuité des surfaces extérieures du piston 1 et ne modifient quasiment pas la continuité du volume de ce piston, de telle sorte que les caractéristiques physiques de l'espace annulaire 8 ne sont quasiment pas modifiées par la présence des dispositifs de mesure décrits. Les capteurs 19 susceptibles d'être ainsi installés sur un piston 1 peuvent être adaptés pour effectuer des mesures de la valeur de toutes caractéristiques de l'espace annulaire 8, par exemple des grandeurs thermodynamiques telles que pression, température, flux thermique, des grandeurs électriques telles que tension, courant, charge, ou des grandeurs mécaniques telles que distance ou déplacement. Les données relevées peuvent être en particulier utiles dans l'étude des phénomènes de fuites entre piston et cylindre de tout moteur à combustion interne, en vue en particulier de diminuer les émissions de produits polluants, d'augmenter l'endurance des moteurs et de diminuer les exigences d'entretien de ceux-ci. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits en référence au dessin. D'autres variantes de l'invention sont possibles et en particulier les suivantes. Le dispositif de mesure pourrait être disposé en correspondance avec l'espace annulaire piston-cylindre s'étendant entre un segment 5 et l'arête inférieure de la paroi latérale 7 du piston. Le porte-capteur pourrait ne pas déboucher dans la ou les gorges à segments du piston. Le porte-capteur pourrait recouvrir plusieurs gorges à segments du piston et présenter alors des rainures formées en continuité de ces gorges pour recevoir les segments. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la valeur d'au moins une caractéristique physique de l'espace annulaire (8) formé autour de la paroi latérale (7) cylindrique d'un piston (1) disposé dans un cylindre (2) et portant au moins un segment (5), caractérisé par le fait que la paroi latérale du piston (1) comprend, dans sa surface périphérique, un embrèvement ou évidement (13) et un passage radial traversant (11) débouchant d'une part dans le fond (14) dudit évidement et d'autre part à l'intérieur du piston (1) qu'un porte-capteur (15) comprend au moins une partie se logeant en appui dans ledit évidement (13) et présentant une surface extérieure cylindrique (16), dans la continuité de la surface extérieure cylindrique du piston; que ledit porte-capteur présente, dans la zone dudit passage traversant (11) du piston, un canal radial traversant (27) dans lequel est fixé un capteur (19) dont la partie sensible (20) est tournée vers ledit espace annulaire (8) et dont les moyens de connexion électriques s'étendent à l'intérieur du piston; et que des moyens (101, 103) assurent la fixation dudit porte-capteur (15) audit piston (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fond (14) dudit évidement (13) du piston constitue une surface d'appui contre laquelle vient en appui ledit porte-capteur (15). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit porte-capteur (15) comprend une partie (15a) se logeant dans ledit passage traversant (11) du piston et au travers duquel s'étend son canal traversant (27). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit canal traversant (27) dudit porte-capteur (15) comprend un épaulement (29) tourné vers l'intérieur du piston et que ledit capteur comprend un épaulement (22) en butée contre ledit épaulement dudit porte-capteur. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit évidement (13) débouche dans la gorge périphérique (6) du piston recevant ledit segment, ledit porte-capteur logé dans cet évidement présentant une surface dans la continuité de la paroi de cette rainure. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits moyens de fixation dudit porte-capteur (15) au piston comprennent des moyens à vis traversant le fond (14) dudit évidement (13). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que lesdits moyens à vis comprennent au moins une vis (203) dont la tige traverse ledit porte-capteur (15) et est en prise avec un trou taraudé borgne (201) de la paroi latérale du piston (1), sa tête (205) étant engagée dans un évidement extérieur (204) dudit porte-capteur (15) et présentant une surface extérieure cylindrique, dans la continuité de la surface extérieure cylindrique (16) du porte-capteur (15). 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que lesdits moyens à vis comprennent au moins une bague filetée (103) en prise avec un trou taraudé traversant (102) de la paroi latérale (7) du piston (1) et présentant des moyens d'accouplement (105) pour un outil de serrage accessible par l'intérieur du piston (1), et une tige filetée (101) en prise d'une part avec un trou taraudé borgne dudit portecapteur (15) formé dans sa face opposée à sa surface extérieure cylindrique précitée (16) et d'autre part avec un trou taraudé borgne(l04) de ladite bague (103), les filets d'une part de ladite tige et dudit trou taraudé borgne de ladite bague et d'autre part de ladite bague et dudit trou taraudé traversant dudit piston étant de sens opposés.