Brevet FR2838825A1 — publié le 20031024

formees. La presente invention se rapporte a un dispositif de mesure d'au moins la pression d'un fluide present dans une chambre. Wile concerne plus particulierement un dispositif pour mesurer la pression dans une chambre de combustion d'un moteur a combustion interne. Plus specifiquement, elle est dirigee vers un dispositif permettant de controler la combustion et plus particulierement le cliquetis se produisant dans cette chambre de combustion du moteur. 11 est connu par le document EP 0 472 219, un dispositif de mesure de la pression regnant a l'interieur d'une chambre de combustion d'un moteur a combustion interne. Ce dispositif comprend un joint d'etancheite interpose entre la culasse de ce moteur et le bloc moteur en etant en contact etanche avec les faces respectives de cette culasse et de ce bloc moteur. Le joint d'etancheite, de type multi feuilles, comporte une feuille metallique superieure et une feuille metallique inferieure entre lesquelles est placee une feuille intermediaire qui porte un logement de reception d'un element sensible a la pression. Pour mesurer la pression regnant dans la chambre de combustion, il est prevu une entree de pression qui amene la pression vers une surface de mesure disposee parallelement a la face de la culasse ou a la face du bloc moteur. Ce dispositif de mesure presente des inconvenients non negligeables. En effet, I'entree de pression peut etre obstruee, ou pour le moins diminuee de section, par un depot de coke que genere habituellement la combustion. La transmission du fluide sous pression de la chambre de combustion vers la surface de mesure risque done d'etre inexistante voire fortement perturbee. En outre, il est necessaire, soit d'utiliser un joint de forte epaisseur pour pouvoir pratiquer le logement de reception de ['element sensible et ['entree de mesure, ce qui necessite un amenagement de ['ensemble culasse, bloc moteur et piston, soit de prevoir des usinages au niveau de la culasse en la fragilisant et en risquant d'entraner une perte d'etancheite au niveau de ces usinages ou pour le moins de necessiter une etancheite supplementaire a ce niveau. Enfin, la presence d'une telle entree de pression modifie le niveau, la forme, la frequence et la phase de 1'onde de pression venant de la chambre de combustion. La presente invention se propose de remedier aux inconvenients mentionnes ci-dessus en disposant d'un dispositif de mesure de concept simple, de cout relativement teas, et d'une quasi-securite quant a la mesure. A cet effet, la presente invention propose un dispositif de mesure d'au moins la pression d'un fluide present dans une chambre, ledit dispositif comprenant un element sensible place dans un logement porte par un joint interpose entre deux elements formant ladite chambre, caracterise en ce que le logement est ouvert en direction de la chambre et en ce que ['element sensible est en robe d' u ne matiere remp lissant led it loge ment. Le joint peut comprendre un empilage de deux feuilles extremes entre lesquelles est disposee une multiplicite de feuilles intermediaires et le logement peut etre delimite par lesdites feuilles extremes et au moins une feuille intermediaire. Au moins une feuille intermediaire peut comporter une decoupe ouverte en direction de la chambre. Au moins une feuille intermediaire peut comprendre des moyens de connexions electriques entre ['element sensible et un moyen de mesure. Les moyens de connexions electriques peuvent etre portes par une feuille intermediaire sous forme d'un film sur lequel peut etre forme un circuit imprime comprenant au moins un conducteur electrique entre ['element sensible et le moyen de mesure. Les feuilles peuvent etre isolees electriquement les unes des autres par au moins une feuille sous forme de plaque, couche ou depot isolant. Deux des faces verticales opposees de ['element sensible peuvent etre raccordees aux moyens de connexions electriques. Deux des faces horizontales opposees de ltelement sensible peuvent etre raccordees aux moyens de connexions electriques. L'element sensible peut etre relic aux moyens de connexions electriques par une colle conductrice. L'element sensible peut etre relic aux moyens de connexions electriques par au moins un element conducteur. Les feuilles peuvent etre liees les unes aux autres par collage et ce collage peut etre est realise par interposition d'une couche de colle. Au moins les feuilles extremes peuvent etre metalliques et au moins la feuille centrale des feuilles intermediaires peut egalement etre metallique. La matiere remplissant le logement peut etre une resine resistant aux hautes temperatures. La face du logement en direction de la chambre peut etre recouverte par un element de protection. L'element de protection peut comprendre une paroi recouvrant ladite face et les extremites de ladite paroi peuvent etre repliees sur les feuilles extremes du joint. L'element sensible peut etre de type piezoelectrique ou piezoresistif. Le joint peut etre un joint de culasse dispose entre la culasse et le bloc moteur d'un moteur a combustion interne. Le joint peut comprendre un element sensible a la temperature. La presente invention peut etre appliquee a la mesure, la detection ou l'analyse du cliquetis dans la chambre de combustion d'un moteur a combustion interne. L'invention peut etre egalement appliquee a la caracterisation de la combustion dans au moins une chambre de combustion d'un moteur a combustion interne. Cette invention peut aussi etre appliquee a la localisation du cliquetis dans la chambre de combustion d'un moteur a combustion interne. Les autres avantages de ['invention vont appara^'tre a la lecture de la description qui va suivre, donnee uniquement a titre d'exemple, et en se referent aux figures annexees sur lesquelles: - la figure 1 est une vue schematique en coupe partielle, a grande echelle, d'un dispositif de mesure selon ['invention; - la figure 2 est une vue schematique en coupe partielle selon la ligne 2-2 de la figure 1 avec une coupe en section locale selon la ligne 2a-2a de la meme figure; - la figure 3 est une variante de la figure 1; - la figure 4 est une autre variante de realisation de la figure 1; - la figure 5 est une autre variante de ['invention et - la figure 6 est encore une autre variante de ['invention. La figure 1 montre un dispositif de mesure de la pression d'un fluide present dans une chambre. Plus precisement et en se rapportant a la suite de la description, qui n'est donne qu'a titre d'exemple, la pression mesuree est la pression resultant de la combustion d'un melange carbure dans une chambre de combustion d'un moteur a combustion interne. Bien entendu tout autre parametre du fluide, tel que sa temperature, peut etre mesure par le dispositif selon ['invention. En se rapportant a la figure 1, le dispositif de mesure comprend un joint d'etancheite 10 intercale entre un premier element comme une culasse 12 et deuxieme element comme un bloc moteur 14 d'un moteur a combustion interne dont la chambre de combustion 16 est delimitee par la face superieure 18 d'un piston 20, la paroi circulaire 22 d'un cylindre 24 dispose dans le bloc moteur 14 et la cavite 26 de la culasse 12 en regard du piston 20. Ce joint, denomme communement joint de culasse, est habituellement utilise principalement pour empecher les fuites entre les faces en regard 28, 30 respectivement de la culasse 12 et du bloc moteur 14 et comporte principalement des ouvertures circulaires 31 de meme dimension diametrale que les chambres de combustion 16 et en correspondence avec celles-ci. Le joint 10 est un joint sous la forme d'un empilage de feuilles, de couches, de plaques, de lames ou de films les uns sur les autres comportant chacune et chacun au moins une ouverture circulaire formant l'ouverture 31 du joint. II comprend une feuille extreme superieure 32 et une feuille extreme inferieure 34 disposee a distance de la feuille superieure, ces feuilles etant de preference rig ides et metal liques, avantage u sement en acier, et s'etendant s u r la superficie de la face 28 de la culasse 12 et de la face 30 du bloc moteur 14. Entre ces deux feuilles est loge au moins un element sensible 36, de preference un element sensible a la pression et avantageusement au nombre minimum de quatre, qui a pour objet de mesurer la pression regnant dans la chambre de combustion 16. Pour ce faire, il est prevu, entre les feuilles extremes, un logement de reception 38 pour chaque element sensible. Ce logement est forme par une decoupe 40 avec une face ouverte, par exemple une decoupe en forme de U couche, prevue dans une multiplicite de feuilles intermediaires. Ce logement est dispose de fa,con a ce que sa face ouverte soit dirigee vers la chambre de combustion 16 (voir figure 2). Les feuilles intermediaires comprennent une feuille intermediaire centrale 42, de preference rigide et metallique et avantageusement en acier, de meme etendue que lesdites feuilles extremes et comportant une decoupe 40 en U couche et des feuilles, plaques ou couches intermediaires additionnelles disposees entre les feuilies extremes 32 et 34 et la feuille centrale 42. Une partie de ces feuilles additionnelles comportent egalement une decoupe en U de maniere a realiser le logement 38 lors de l'empilage de cette partie de feuilles additionnelles et de la feuille centrale. Deux de ces feuilles intermediaires additionnelles vent formees par des films 48, 54 portent des circuits electriques 44 et 46, de preference en regard de ['element sensible 36, permettant de connecter cet element sensible a un moyen de mesure externe comprenant un circuit d'alimentation ou de polarisation ou d'amplification ou de conditionnement (non represente) de ['element sensible. L'un 48 de ces films est situe entre la feuille superieure 32 et la feuille centrale 42 et l'autre 54 entre cette feuille centrale 42 et la feuille inferieure 34. Avantageusement, ces circuits vent isoles electriquement des feuilles 32, 34, et 42 par d'autres feuilles intermediaires additionnelles sous forme de plaques isolantes qui vent disposees de part et d'autre de ces circuits electriques. Les isolations electriques peuvent egalement etre obtenues par le depot d'un isolant sur les circuits electriques, tel qu'un depot d'une couche de vernis ou de peinture sur ces circuits. Cette isolation peut aussi etre obtenue par un traitement de surface isolant, tel qu'une anodisation, qui cree une couche superficielle isolante sur les circuits electriques. Comme visible sur la figure 1, une plaque isolante 50 est disposee entre le circuit 44 porte par le film 48 et la feuille centrale 42, en etant de meme etendue que la feuille centrale 42 et presente une decoupe identique a celle de cette feuille centrale. De meme, une plaque isolante 52 identique a la plaque 50 est placee entre la feuille centrale 42 et le circuit electrique 46 porte par le film 54. Les feuilles, plaques et films vent lies entre eux de maniere inamovible, de preference par des couches de colle 56, de maniere avantageuse par des couches de colle isolante. Ainsi le logement 38 resulte de l'empilage des feuilles et plaques et est forme par les decoupes 40 en U prevues dans la feuille centrale 42 et les plaques 50 et 52 en comportant une face verticale ouverte 57 vers la chambre de combustion. Ce logement comprend done deux parois horizontales formees par les feuilles extremes 32, 34 et les feuilles intermediaires 48, 54 ainsi que trots parois verticales resultant des decoupes en U dans la feuille centrale 42 et les plaques isolantes 50, 52. Les circuits electriques vent realises sous forme de circuit imprime et peuvent etre produits par la technologie de type connectique par film serigraphie comme montre par la figure 2. En se rapportant a cette figure, chaque circuit 46 prevu sur le film 54 comprend un plot de connexion 58 situe dans le logement 38 au droit de ['element sensible 36 et en regard de celui-ci, une fiche de connexion 59 disposee sur le bord du joint de culasse et a laquelle est connecte le moyen de mesure externe, et un conducteur 60 reliant le plot a la fiche. Bien entendu, chaque circuit 44 prevu sur le film 48 est configure de la meme fa,con et est realise par la meme technologie que les circuits du film 54 et comprend done un plot 62, une fiche de connexion et un conducteur 63. L'element sensible 36, qui est un element sensible de faible epaisseur, possede une sensibilite de quelques dixieme de bar, supporte les pressions et temperatures maximales regnant dans les chambres de combustion de moteurs et resiste aux agressions chimiques, tel!es que celles des gaz generes par la combustion. Avantageusement, cet element sensible est un element sensible de type piezoelectrique ou piezoresistif. En revenant a la figure 1, I'element sensible 36 est place dans le logement 38 de maniere a ce que, d'une part, il soit legerement en retrait par rapport a la surface du cylindre 24 et, d'autre part, aucune de ses faces verticales, par rapport au plan des feuilles extremes, ne prenne appui sur l'une quelconque des faces verticales du logement 38. Preferentiellement, cet element sensible est relic electriquement par tous moyens aux plots 58, 62 par deux de ses faces horizontales opposees. Cette liaison electrique peut etre effectuee par collage, tel qu'une colle conductrice 64, comme montre sur la figure 1, ou par ['interposition entre la ou les faces de ['element sensible et le ou les plots d'au moins un element cylindrique conducteur 66 comme illustre a la figure 3. Une fois la mise en piace de ['element sensible et les connexions realisees, I'element sensible est enrobe d'une matiere 67 de fa,con a remplir la totalite d u log e ment 38. Cette mise en ceuvre pe rmet de reali se r l' etancheite de ['element sensible vis a vis de la chambre de combustion, la protection de cet element sensible contre les agressions chimiques et thermiques dues a la combustion et la bonne transmission des ondes de pression, notamment aux hautes frequences. Cette matiere affleure la surface du cylindre 24 sur la face ouverte 57 de ce logement. La matiere d'enrobage utilisee est preferentiellement une resine resistant a de hautes temperatures. Ainsi, la pression regnant dans la chambre de combustion est retransmise aux faces de ['element sensible qui se deforme en generant une tension, ou une variation de tension, transmise au moyen de mesure externe par les circuits electriques 44 et 46, via les faces horizontales de cet element sensible, la colle conductrice et/ou ['element cylindrique conducteur. De ce fait, ['element sensible mesure la pression ou le regime de pression en temps reel qui regne dans la chambre de combustion a proximite de I'element sensible. En outre, le joint realise a l'avantage d'etre un joint de tres faible epaisseur, epaisseur comprise entre 0,5 et 1,5 mm, avantageusement entre 0,8 et 1 mm et preferentiellement de 1 mm. Avantageusement et en se referent a la figure 4, il peut etre prevu que le bord peripherique de l'ouverture 31 et par consequent la face ouverte 57 du logement 38 soit recouverte par un element protecteur 68 qui protege ['element sensible 36 et les connexions electriques des hautes temperatures regnant dans la chambre de combustion et assure egalement l'etancheite de l'empilage de feuilles aux gaz de combustion. Cet element protecteur, baptise pare feu, est un anneau qui presente une section en U dont la base du U prend appui sur toute la tranche peripherique de l'ouverture 31 en recouvrant la face ouverte 57 de chaque logement et dont les barres de U s'appuient respectivement sur la feuille superieure 32 et la feuille inferieure 34. Ce pare feu est avantageusement en metal cuivreux ou en tout autre metal permettant un formage facile et ayant une faible rigidite de maniere a de ne pas gener la transmission de l'onde de pression a ['element sensible. En se rapportant maintenant a la figure 5, qui montre une variante de ['invention et qui pour cela comporte les memes references que celles de la figure 1, i'element sensible 36 est place dans le logement de reception 38 de maniere a ce que la face verticale arriere de cet element soit en appui par l'intermediaire d'une plaquette isolante 70 sur la tranche de la feuille centrale 42. Par face arriere, il est entendu la face de ['element sensible opposee a celle en regard de la chambre de combustion. Dans ce cas, les connexions electriques entre les faces horizontales de ['element sensible 36 et les plots 58 et 62 vent realisees, comme decrit precedemment en relation avec la figure 1, par une colle conductrice 64 ou par au moins un element cylindrique conducteur, comme montre par la figure 3. La figure 6 montre une autre variante pour ie montage de ['element sensible 36 dans le logement 38. Dans cette variante, les faces de ['element sensible 36 reliees aux plots 58 et 62 vent deux faces verticales opposees et situees dans le prolongement de la face ouverte 57 du logement 38. Pour assurer les connexions electriques, toujours opposees, les plots 58 et 62 vent orthogonaux par rapport aux conducteurs 60 et 63 et vent relies aux faces verticales de ['element sensible par une colle conductrice 64. Dans l'exemple de cette figure, la feuille intermediaire sous forme de film 48 portent le circuit electrique 44 est situee au meme endroit que celui decrit en relation avec la figure 1 et comporte une partie orthogonale, a proximite de la face ouverte 57 tout en faisant face a ['element sensible 36, et portent le plot de connexion 62. Dans ce cas, une plaque isolante 50 est disposee entre le circuit 44 porte par la feuille intermediaire 48 et la feuille centrale 42, en etant de meme etendue que la feuille centrale 42 et presente une decoupe identique a celle de cette feuille centrale. La feuille intermediaire 54 portent les circuits electriques 46 est egalement disposee entre la feuille intermediaire centrale 42 et la feuille extreme inferieure et comporte une partie orthogonale, situee a distance de la partie orthogonale du film 48 et au voisinage de ia tranche de la feuille intermediaire 42, tout en faisant face a ['element sensible 36 et en portent le plot de connexion 58. La plaque isolante 52 est placee, dans cette configuration de joint, entre le circuit 46 porte par la feuille intermediaire 54 et la feuille extreme inferieure 34. Bien entendu et comme cela a ete precedemment decrit, les feuilles, les plaques et les films vent lies entre eux de maniere inamovible, de preference par des couches de colle 56. La presente invention trouve son application dans de nombreux domaines telle que la mesure de la temperature d'un fluide sous forme gazeuse ou liquide present dans une chambre. Dans le cas de la mesure d'une pression, son application peut etre principalement dirigee vers la caracterisation et le controle de la combustion normale, tels que ['evaluation de pression moyenne indiquee (PM I) ou la pression maximaie du cylindre, ou vers la caracterisation et le controle de la combustion anormale. Une application toute particuliere consiste en la detection et l'analyse du cliquetis, ou sa localisation comme mieux decrit dans la demande de brevet N 00/14.088 deposee le 31.10.2000. La presente invention ntest pas limitee aux exemples decrits ci-dessus mais englobe toutes variantes equivalentes. Notamment, I'element sensible peut etre d'un autre type comme un element sensible a element semi-conducteur. REVENDICATIONS 1) Dispositif de mesure d'au moins la pression d'un fluide present dans une chambre (16), ledit dispositif comprenant un element sensible (36) place dans un logement (38) porte par un joint (10) interpose entre deux elements (12, 14) formant ladite chambre, caracterise en ce que le logement (38) est ouvert en direction de la chambre (16) et en ce que ['element sensible (36) est enrobe d'une matiere (67) remplissant ledit logement. 2) Dispositif de mesure selon la revendication 1, caracterise en ce que le joint (10) comprend un empilage de deux feuilles extremes (32, 34) entre lesquelles est disposee une multiplicite de feuilles intermediaires (42, 48, 50, 52, 54) et en ce que le logement (38) est delimite par lesdites feuilles extremes et au moins une feuille intermediaire. 3) Dispositif de mesu re selon la revendication 2, caracteri se en ce q u 'au moins une feuille intermediaire comporte une decoupe (40) ouverte en direction de la chambre (16). 4) Dispositif de mesure selon la revendication 2 ou 3, caracterise en ce qu'au moins une feuille intermediaire (48, 54) comprend des moyens de connexions electriques (58, 59, 60) entre ['element sensible (36) et un moyen de mesure. 5) Dispositif de mesure selon la revendication 4, caracterise en ce que les moyens de connexions electriques (58, 59, 60) vent portes par une feuille intermediaire sous forme d'un film (48, 54) sur lequel est forme un circuit imprime comprenant au moins un conducteur electrique (60, 63) entre ['element sensible (36) et le moyen de mesure. 6) Dispositif de mesure selon l'une des revendications 2 a 5, caracterise en ce que les feuilles vent isolees electriquement les unes des autres par au moins une feuille sous forme de plaque, couche ou depot isolant ( 50,52). 7) Dispositif de mesure selon l'une des revendications 4 ou 5, caracterise en ce que deux des faces verticales opposees de ['element sensible (36) vent raccordees aux moyens de connexions electriques. 8) Dispositif de mesure selon l'une des revendications 4 ou 5, caracterise en ce que deux des faces horizontales opposees de ltelement sensible (36) vent raccordees aux moyens de connexions electriques. 9) Dispositif de mesure selon l'une des revendications 4 a 8, caracterise en ce que ['element sensible (36) est relic aux moyens de connexions electriques par une colle conductrice (64). ) Dispositif de mesure selon l'une des revendications 4 a 9, caracterise en ce que ['element sensible (36) est relic aux moyens de connexions electriques par au moins un element conducteur (66). 11) Dispositif de mesure selon l'une des revendications 2 a 6, caracterise en ce que les feuilles vent liees les unes aux autres par collage. 12) Dispositif de mesure selon la revendication 11, caracterise en ce que le collage est realise par interposition d'une couche de colle (56). 13) Dispositif de mesure selon la revendication 2, caracterise en ce qu'au moins les feuilles extremes (32, 34) vent metalliques. 14) Dispositif de mesure selon la revendication 2 a 6, caracterise en ce qu'au moins la feuille centrale (42) des feuilles intermediaires est me!tallique. ) Dposk# da mesura salon Is ravendiclon 1, caractAhsd an ca qua ia madAra (G7) rempisan11a logement (38) est una rdsina rdslstan1 aux hautas 1ampAraturGs. 18) Dpos#K de masum salon l'une das ravendicadons 1 3, caradsd an ca que la face (57) du logeman1 an dRaion da la chambra est recouvaa par un dldman1 da protacton (68). 17) Dispos#] da masura salon la ravandlcaton 1G, caraciddsd an ca qua [dldman1 da protan (68) comprond une paroi racouvrant la Iaca (57) at en ca qua las axtrdmitAs da ladita paroi vent mplidas sur las 18uiilOs arAms (32, 34) du]oint. 18) Dlspos## da masura salon la ravandlcaBon 1, caracidds an ca qua lidldman1 sansibIa (3G) as1 da 1ypa pidzodlaciNqua ou pidzordsisht l9) Dlspositif da masura salon l'una das ravandicions prAcddantas, caraciddsd an ca qua la 1oin1 (10) est un Joint da culassa disposA antra la culassa q2) at le bloc moteur (14) d'un moteur combusBon lntarnd. ) Dpos#T da mesura salon la ravandicaton 1, caractddsd en ca qua la oint comprand un dldmant sensible la 1ampArura. 21) iion d'- Tns un dpl de masum san lna das mvandica110ns 1 1 g la masure, la dAtaction ou l'analyse du cliquatis dans la chambra da combuston d'un motaur combusdon intarna. #ilon - mns un sposi da masum san l'una ds andi=ns 1 19 la cahslon de combushon dans au mos una chambm da combuston un mur combuion inrna. 23) AppUcn You mains un disposed de mGsura salon l'una das ravendicstions 1 1 g la locailslon du cllquatis dans la chambra da