Brevet FR2841654A1 — publié le 20040102

I L'invention concerne un capteur de vibrations ainsi qu'un assemblage comprenant ce capteur et des moyens de fixation du capteur à une structure vibrante. Le capteur de l'invention est en particulier destiné à être installé dans les véhicules automobiles, en contact avec le bloc moteur, typiquement pour constituer un capteur accélérométrique et plus particulièrement un capteur sensible au phénomène de cliquetis qui affecte régulièrement le fonctionnement des moteurs à combustion interne. Dans le passé, il a déjà été proposé des capteurs de vibrations, et en particulier des capteurs de cliquetis. Ainsi, on connaît déjà des capteurs comprenant, suivant un axe, un empilement d'éléments incluant un élément en matériau piézo-électrique et des électrodes en liaison électrique avec cet élément, les électrodes présentant des broches de connexion pour que le capteur puisse transmettre des données relatives aux vibrations reçues. Dans ce contexte, l'invention a pour objet: -- de favoriser la cohésion entre les éléments empilés du capteur, pour limiter ce qui peut perturber l'homogénéité de la transmission des vibrations que le capteur est chargé de détecter, tout en favorisant la qualité du signal électrique qu'il délivre, -- de constituer une unité facilement manipulable pendant l'assemblage et permettre un surmoulage de l'ensemble sans perturber les éléments sensibles du capteur, puisqu'une fois les éléments empilés, leur cohésion est renforcée par un surmoulage de matière plastique qui les protège, -- de diminuer le cot général des capteurs, -- de favoriser la protection mécanique en particulier des éléments sensibles du capteur, notamment pendant l'opération de surmoulage, ou encore lorsque le capteur est fixé à la pièce vibrante dont il est chargé de détecter les vibrations. Pour satisfaire tout ou partie de ces exigences, il est prévu, selon une caractéristique importante de l'invention, que l'élément en matériau piézoélectrique et les électrodes du capteur soient logés dans un boîtier comprenant au moins deux parties séparées présentant chacune une paroi latérale en périphérie extérieure, l'une au moins de ces parois latérales présentant, ou comprenant, des piliers s'engageant dans des ouvertures ménagées dans la paroi latérale de l'autre partie, ces piliers s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe d'empilement des éléments. Pour un maintien efficace des parties de boîtier entre elles, on conseille par ailleurs que les piliers s'engagent relativement étroitement dans les ouvertures, pour assurer une retenue en rotation d'une partie du boîtier par rapport à l'autre, autour de l'axe d'empilement des éléments, lequel axe constitue également un axe du boîtier dans le sens du rapprochement ou de l'écartement des deux parties. Pour à la fois favoriser ce maintien entre elles des parties du boîtier, comme ci avant, et standardiser la fabrication de ce boîtier en limitant les cots, une autre caractéristique conseille: -- que les deux parties de boîtier soient identiques, -- et que la paroi latérale de chaque partie soit découpée à la manière d'une denture, ces dentures étant interengagées suivant l'axe d'empilement des éléments. Pour le maintien des éléments empilés à l'intérieur du boîtier, la paroi latérale de l'une au moins, de préférence des deux, partie(s) de boîtier présente une surface intérieure avec des excroissances locales pour imposer un engagement forcé des éléments empilés dans la partie correspondante de boîtier, la section de ces éléments étant définie en conséquence. Par le passé, il a déjà été proposé de fixer le capteur à la structure vibrante en utilisant un boulon passant à travers un trou axial, les éléments empilés dans le capteur consistant alors typiquement en des rondelles. Que la fixation soit assurée par un boulon ou par d'autres moyens équivalents (rivets....) adaptés pour passer dans un tel trou axial, une autre caractéristique de l'invention prévoit que: -- chaque partie de boîtier présente un fond duquel se dresse la paroi latérale périphérique extérieure, -- et l'un au moins de ces fonds peut être traversé par un orifice axial limité radialement par une paroi latérale intérieure de la partie correspondante du boîtier, -- les éléments empilés étant alors annulaires, de manière à être disposés entre les parois latérales intérieure et extérieure des parties du boîtier. On notera par ailleurs qu'indépendamment de la réalisation en denture des deux parties du boîtier, une réalisation identique de ces deux parties est avantageuse, d'autant plus si le capteur présente un tel orifice axial, en particulier pour des questions de réduction de cot, d'interchangeabilité et de complémentarité. Comme on l'a déjà indiqué, il est connu d'enrober les éléments empilés d'un capteur de vibrations avec une matière d'enrobage injectée sous pression autour de ces éléments. Dans le cadre de l'invention, il est à cet égard conseillé que le fond de l'une (de préférence des deux) partie(s) de boîtier traversée(s) par l'orifice axial précité présente(nt) des gorges pour favoriser la circulation d'une telle matière jusqu'au centre du capteur. Un intérêt de réaliser ainsi le capteur en logeant ses éléments empilés à l'intérieur d'un boîtier est que l'on peut éviter que ce boîtier, qui maintient les éléments, constitue une masse électrique et, en conséquence, le rajout de pièces isolantes n'apparaît pas comme une exigence stricte. Dans ces conditions, il est prévu qu'avantageusement: -- le boîtier soit en un matériau électriquement isolant, avantageusement en matière plastique, -- l'élément en matériau piézo-électrique et les électrodes soient en contact direct avec l'une au moins des parties de ce boîtier, sans interposition d'élément électriquement isolant. -- les éléments empilés comprennent un élément complémentaire constituant une masse sismique, -- et l'une des électrodes soit interposée entre cette masse sismique et l'élément en matériau piézo-électrique, en étant en contact direct avec eux. En ce qui concerne le montage du capteur sur sa structure vibrante (typiquement donc le bloc moteur d'un véhicule), l'invention conseille que l'assemblage constitué comprenne: -- le capteur avec tout ou partie des caractéristiques qui précèdent, -- ainsi que des moyens de fixation en prise sur le capteur et sur la structure vibrante, ces moyens de fixation comprenant un moyen de serrage pour serrer le capteur contre la structure vibrante, suivant l'axe du capteur, en favorisant un engagement des piliers de l'une des parties du boîtier dans les ouvertures de l'autre partie. Une description plus complète de l'invention va maintenant être fournie en référence aux dessins annexés dans lesquels: les figures 1 et 2 sont des vues en perspective d'un mode de réalisation du capteur de l'invention, respectivement dans un état dissocié de ses éléments et du boîtier, et dans un état réuni prêt pour le surmoulage, la figure 3 est une vue en coupe du capteur de la figure 2, suivant la ligne de coupe 111-111, la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3, avec complément compte tenu de la vue de la figure 2, et la figure 5 est une vue schématique en coupe d'un mode de fixation du capteur à un support susceptible de transmettre des vibrations. Le capteur repéré 1 sur les figures est un capteur de vibrations et plus particulièrement un capteur de cliquetis chargé de détecter les vibrations transmises par le bloc moteur 3 (voir figure 5) d'un véhicule automobile. Le capteur 1 comprend une série d'éléments empilés 5 dont le rôle est de capter les vibrations acoustiques et de les transformer en un signal électrique, lequel est transmis vers un calculateur 6 conçu pour traiter ces informations et pour apporter, si nécessaire, une correction au fonctionnement du moteur (voir figure 2). Les éléments empilés 5 sont logés à l'intérieur d'un boîtier 7 comprenant deux parties 9, 11 complémentaires, en ce sens qu'une fois les parties réunies, le boîtier constitue un ensemble globalement fermé protégeant et réunissant ensemble les éléments empilés 5 dénommés ci-après "éléments sensibles". Ces éléments sensibles comprennent en particulier un élément piézoélectrique 13 interposé entre deux électrodes 1 5a, 1 5b. Les électrodes 15a, 15b sont accolées chacune à l'une des deux faces opposées de l'élément 13 et sont donc séparées l'une de l'autre. Chaque électrode présente une broche 17a, 17b par laquelle les données électriques fournies par l'élément en matériau piézo-électrique 13 vont être transmises vers le calculateur. Comme on peut le constater sur la figure 1, en partant du bas de la pile, on trouve d'abord dans la réalisation illustrée et suivant l'axe d'empilement 19, la première électrode 15a, l'élément 13 en matériau piézo-électrique, la seconde électrode 15b, puis un bloc 21 constituant une masse sismique. Typiquement, il s'agit d'un bloc métallique. Un tel empilement peut être directement logé, ainsi empilé axialement, à l'intérieur du boîtier 7, lorsque ses deux parties 9,11 sont axialement rapprochées, comme le montre la figure 2. Pour une protection et un maintien efficaces des éléments 5, chaque partie de boîtier comprend un fond 9a, 1 la d'o se dresse une paroi latérale extérieure 9b, 11 b. Dans l'état assemblé, les parois latérales extérieures 9b, 11 b s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe d'empilement 19. Pour un maintien efficace des éléments sensibles 5 à l'intérieur du boîtier, la surface interne de la paroi latérale extérieure de chaque partie de boîtier présente des excroissances saillantes repérées 23 sur la figure 4, et la section des éléments empilés est adaptée pour que ces éléments soient engagés à force à l'intérieur des parties du boîtier, en contact serré avec les excroissances 23. Sur la figure 4, la coupe montre la partie 9 de boîtier et l'on distingue la deuxième électrode I5b serrée en périphérie extérieure contre les excroissances 23, la figure permettant d'apercevoir la broche 17a de la première électrode. Au vu des figures 1, 2 et 4, on constate également que les parois latérales 9b, 11 b s'étendent suivant des secteurs angulaires et ne sont donc pas continues suivant le périmètre. Dans le mode de réalisation illustré, ces parois latérales définissent en quelque sorte chacune une denture orientée parallèlement à l'axe 19, avec ses piliers tels que 29a, 29b; 31a, 31b, et ses ouvertures, telles que 39a, 39b; 41a, 41b. Une telle forme crénelée permet (par déplacement relatif suivant l'axe 19) au pilier de l'une des parties de s'engager dans les ouvertures de l'autre partie du boîtier 7. Avantageusement, le secteur angulaire suivant lequel se développent les piliers de l'une des parties correspond avantageusement, dans une position angulaire relative déterminée par rapport à l'axe 19 d'une partie par rapport à l'autre, au secteur des ouvertures de l'autre partie, de manière que dans l'état engagé ou emboîté de la figure 2, on obtienne un blocage angulaire d'une partie de boîtier par rapport à l'autre. Dans cette position, on peut constater que les broches 17a, 17b passent quant à elles à travers deux ouvertures 33a, 33b, de corde identique Il à peine supérieure à la largeur 12 de chaque broche 17a, 17b. Ces ouvertures sont séparées par une étroite paroi 35. Etant donné que, de préférence, les deux parties 9, 11 de boîtier sont identiques, l'autre partie 9 est ICI pourvue des mêmes deux découpes de corde Il proches l'une de l'autre. Mais, sur les figures 1 et 2, ces deux découpes étroites sont invisibles et c'est la large ouverture 39a que l'on voit, sur la figure 2, recevoir la zone o sont disposées les broches 17a, 17b. Sur la figure 5, on a donc illustré le capteur 5 avec ses éléments sensibles protégés dans leur boîtier et maintenus serrés ensemble et contre la structure vibrante 3 par l'intermédiaire d'un moyen de serrage 37 assurant une pression suivant l'axe 19. Le moyen de serrage 37 est un boulon serré dans un taraudage 43 que présente un orifice 45 de la structure vibrante 3. Pour contrôler la pression exercée sur le capteur 1 (et en particulier sur ses éléments sensibles), tout en assurant un maintien sans faille de ce capteur vis-à-vis de la structure vibrante 3, une pièce tubulaire intermédiaire 47 est prévue. Cette pièce intermédiaire 47 comprend un ft tubulaire 49 définissant une entretoise s'étendant entre la surface d'appui 3a de la structure 3 et la tête 37a du boulon. Du côté de la tête 37a, le ft tubulaire 49 se prolonge par une collerette extérieure 51 présentant une paroi sensiblement tronconique ou du moins formée de biais par rapport à l'axe 19, de manière que la tête 37a du boulon vienne appuyer à l'endroit du raccordement bombé entre le ft 49 et la collerette 51, laquelle vient en appui sur le fond 9a du boîtier du capteur par sa bordure périphérique extérieure 51a. Un tel montage, avec une collerette 51 élastiquement déformable, permet d'assurer une force de serrage du boulon de l'ordre de plusieurs tonnes, alors que la contrainte de pression axiale exercée sur le boîtier et les éléments sensibles 5, suivant l'axe 19, peut être réduite à quelques dizaines ou quelques centaines de kilogrammes. Ceci favorise un bon fonctionnement du capteur, tout en autorisant une fabrication du boîtier 7 en matière plastique. A noter qu'une telle fabrication en plastique du boîtier peut permettre de s'exonérer de la présence de plaquettes isolantes sous la première électrode I 5a, ainsi qu'entre la deuxième électrode 15b et le bloc formant la masse sismique 21. A cet égard, on pourra constater sur la figure 1 qu'il n'y a justement pas de plaque électriquement isolante entre la première électrode I5a et le fond Ila de la partie inférieure du boîtier, mais que par contre on a, dans l'exemple, maintenu une plaque électriquement isolante 53 entre l'électrode 15b et la masse sismique 21. On notera également que, compte tenu de la fixation du capteur 1 par un moyen de serrage qui s'engage suivant l'axe 19, pour une fixation "par le centre", le capteur 1 se présente globalement, dans cette réalisation, comme un assemblage annulaire, avec une série d'éléments 5 eux-mêmes individuellement annulaires, empilés suivant l'axe de révolution 19, les deux parties de boîtier 9, 11 étant également annulaires, avec chacun un orifice central 9c, 1 1 c. Sur la figure 1, on peut constater que la partie 9 de boîtier est telle que son orifice central 9c est bordé par une paroi latérale intérieure continue 59 s'étendant parallèlement à l'axe 19 et de hauteur, suivant cet axe, inférieure à la hauteur des piliers tels que 29a, 29b, si les deux parties de boîtier sont identiques. De préférence, et comme on peut le voir sur la figure 4, le diamètre extérieur d de la (chaque) paroi intérieure 59 de la partie correspondante de boîtier sera sensiblement égal (à peine plus petit) que le diamètre intérieur de chaque anneau constituant un des éléments sensibles 5, de manière que le jeu des anneaux dans le boîtier soit, à cet endroit, limité. A noter que le report des excroissances 23 sur la face intérieure des parois latérales extérieures du boîtier permet un meilleur centrage et un maintien serré plus efficace de ces éléments que si l'on avait réalisé ces excroissances en saillie sur la paroi latérale intérieure 59. Un interstice 61 peut toutefois être maintenu axialement entre les parois intérieures 59, 63 des deux parties de boîtier, comme le montre la figure 3 o l'on peut également constater l'aspect qu'a le capteur 1 une fois le boîtier 7 fermé autour de ses éléments sensibles, et après que la matière plastique d'enrobage 65 ait été injectée autour du boîtier ainsi fermé, dans un moule adapté à cet effet. A noter à cet égard que des gorges radiales 67 seront avantageusement prévues dans le fond de chaque partie de boîtier pour favoriser la répartition de la matière d'enrobage, ces gorges pouvant se raccorder radialement à des canaux circulaires respectivement intérieur 69 et extérieur 71 limités par des rebords respectivement 73 et 75 ménagés au droit de la paroi latérale intérieure et de la paroi latérale extérieure, respectivement. REVENDICATIONS 1. Capteur de vibrations comprenant, suivant un axe (19), un empilement (5) d'éléments incluant un élément (13) en matériau piézo-électrique et des électrodes (15a, 15b) en liaison électrique avec cet élément, les électrodes présentant des broches de connexion pour que le capteur puisse transmettre des données relatives aux vibrations reçues, caractérisé en ce que l'élément en matériau piézo-électrique et les électrodes sont logés dans un boîtier (7) comprenant au moins deux parties (9, 11) séparées présentant chacune une paroi latérale (9b, 11 b) en périphérie extérieure, l'une au moins de ces parois latérales présentant, ou comprenant, des piliers (29a, 31a) s'engageant dans des ouvertures (39a, 39b; 41a, 41b) ménagées dans la paroi latérale de l'autre partie, ces piliers s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe (19) d'empilement des éléments. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les piliers s'engagent relativement étroitement dans les ouvertures, pour assurer une retenue en rotation d'une partie (9) du boîtier (7) par rapport à l'autre (11), autour de l'axe d'empilement des éléments, lequel axe constitue également un axe du boîtier dans le sens du rapprochement ou de l'écartement des deux parties. 3. Capteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les piliers (29a, 31a) et ouvertures (39a, 39b; 41a, 41b) de la paroi latérale de chaque partie définissent une denture, les deux dentures étant inter engagées suivant l'axe d'empilement des éléments. 4. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les piliers de la paroi latérale présentent une surface intérieure avec des excroissances saillantes (23), et la saillie de ces excroissances ainsi que la section des éléments empilés (5) perpendiculairement à leur axe d'empilement (19) sont telles que lesdits éléments empilés sont engagés à force dans la partie correspondante du boîtier. 5. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que: -- chaque partie présente un fond (9a, 1 la) d'o se dresse la paroi latérale périphérique extérieure (9b, 1 1 b), -- l'un au moins de ces fonds est traversé par un orifice axial (9c, 1 1c) limité radialement à cet axe, par une paroi latérale intérieure, -- et les éléments empilés (5) sont annulaires, de manière à être disposés entre les parois latérales intérieure et extérieure des parties (9, 11) du boîtier. 6. Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fond de l'une au moins des parties de boîtier traversé par l'orifice axial présente des gorges radiales (67) débouchant dans cet orifice. 7. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux parties de boîtier sont identiques. 8. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que: -- le boîtier (7) est en un matériau électriquement isolant, avantageusement en matière plastique, -- et l'élément (13) en matériau piézo-électrique et les électrodes sont en contact direct avec l'une au moins des parties de ce boîtier, sans interposition d'élément électriquement isolant. 9. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que: -- le boîtier est réalisé en un matériau électriquement isolant, -- les éléments empilés (5) comprennent un élément complémentaire (21) constituant une masse sismique -- et l'une des électrodes (15b) est interposée entre cette masse sismique et l'élément en matériau piézo-électrique en étant en contact direct avec eux. 10. Assemblage comprenant: -- le capteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, -- et des moyens de fixation du capteur à une structure vibrante (3), les moyens de fixation comprenant un moyen de serrage (47) en prise sur le capteur et sur la structure vibrante, pour serrer le capteur contre la structure vibrante, suivant l'axe (19) du capteur, en favorisant un engagement des piliers d'une partie dans les ouvertures de l'autre partie.