Brevet FR2858056A1 — publié le 20050128

L'invention concerne un dispositif et un procédé de mesure de la quantité d'air dans une huile hydraulique de commande pour organe tournant, en particulier pour boîte de vitesses robotisée ou automatique. Dans les dispositifs mécaniques à commande hydraulique, I'organe tournant est lubrifié par l'huile utilisée à la commande. Or cette lubrification de l'organe et son retour au réservoir, le carter inférieur par exemple, provoque son émulsion qui affecte la dynamique hydraulique de la commande de l'organe ainsi que ses qualités lubrifiantes. Le puisage de l'huile pour générer l'énergie du pilotage de l'organe tournant s'effectue 10 en un point où l'huile n'est pas toujours correctement désaérée, malgré les précautions prises pour laisser l'huile au repos. Ce problème pourrait être pallié efficacement en augmentant suffisamment les volumes d'huile et/ou en créant des zones de repos, sans perturbations. Il est donc parfois nécessaire de mesurer la quantité d'air présente dans une huile hydraulique dans le but de s'assurer qu'il n'y aura pas d'impact sur le dispositif de contrôle hydraulique. Les dispositifs de commande tolèrent un faible taux d'air de l'ordre de 2 à 3% maximum. Actuellement, cette mesure est effectuée sur un prélèvement réalisé en cours de fonctionnement de l'organe, après mise au repos dans une éprouvette. L'écart de volume d'huile constaté dans l'éprouvette, après mise au repos et stabilisation de l'huile, est dû à deux facteurs: la désaération et le retrait volumique de l'huile dont la température a baissé. La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif actuel de prélèvement d'une huile hydraulique utilisée dans une boîte de vitesse 1, entraînée par un moteur électrique 2 par exemple, ou dans un moteur thermique. Le prélèvement d'huile s'effectue sur le circuit sous pression de l'organe à évaluer, à l'aide d'un tuyau 3 30 muni d'un robinet 4, tuyau en caoutchouc par exemple, aboutissant au sommet d'une éprouvette 5 simple graduée, destinée à être remplie d'huile. Le taux d'air présent dans le volume d'huile prélevé est calculé selon la formule suivante: Ti0 Vf(1+ATXCdil) Vi dans laquelle Vi est le volume initial d'huile prélevé à une température donnée; Vf est le volume final après désaération de l'huile; AT est la différence de température entre le début du prélèvement et la stabilisation de l'huile; Cdil est le coefficient de dilatation volumique de l'huile. Le procédé de prélèvement d'un échantillon d'huile présente dans une boîte de 10 vitesse automatique, nécessite une phase de repos de l'huile pendant laquelle la température de l'huile baisse, ce qui diminue son volume, et sa désaération se produit par le haut de l'éprouvette à l'air libre. La perte de volume d'huile dans l'éprouvette, liée à l'abaissement de sa température, est prise en compte dans la formule énoncée. Le prélèvement effectué à partir de ce dispositif présente une forte incertitude de mesure, en raison notamment d'une désaération de l'huile pendant le prélèvement par le haut de l'éprouvette à l'air libre, et du niveau de l'huile difficile à évaluer quand celle-ci est très chargée en air, à cause de la présence de mousse 6. De plus, I'huile tombant dans l'éprouvette par le haut peut générer un brassage qui augmente la 20 formation d'une mousse due aux molécules d'air et fausse ainsi le résultat du prélèvement, destiné à évaluer le taux d'air dans l'huile présente autour de l'organe tournant. Il est donc nécessaire de minimiser le phénomène de désaération de l'huile en réduisant son contact avec l'air environnant lors du prélèvement et de supprimer tout moussage supplémentaire. Le but de la présente invention est de pallier ces différents inconvénients en proposant une mesure de la quantité d'air qui soit fiable et répétitive, non entachée par le mode opératoire. Pour cela, un premier objet de l'invention est un dispositif de mesure de la quantité d'air présente dans une huile hydraulique de commande baignant dans un carter, comprenant une éprouvette verticale graduée et transparente, caractérisé en ce que ladite éprouvette d'une part comporte un orifice de remplissage disposé radialement au niveau de sa base et équipé d'un robinet calibré, et un piston de masse volumique inférieure à celle de l'huile à prélever, dont le jeu de coulissement autorise le passage de l'air vers le haut de l'éprouvette, et d'autre part est reliée par son robinet d'entrée au point de prélèvement de l'huile sous pression, situé à la sortie de la prise 5 de pression de ligne, au moyen d'une canalisation de liaison comportant des moyens de purge et en ce qu'il comporte également des moyens de mesure de la température de l'huile dans l'éprouvette. Ces moyens de purge sont notamment réalisés par un circuit de purge by10 pass qui relie la canalisation de liaison entre le carter et l'éprouvette à ce même carter, un robinet étant placé près du point de prélèvement de l'huile et un autre robinet étant placé dans le circuit de purge, l'ouverture desdits trois robinets du dispositif de mesure étant repérée pour obtenir la même pression en tout point. Un second objet de l'invention est un procédé de mesure de la quantité d'air présente dans une huile hydraulique de commande mis en oeuvre par le dispositif, caractérisé en ce qu'il comporte une première phase de prélèvement de l'huile à partir du carter comprenant les étapes suivantes: * pré-remplissage du fond de l'éprouvette jusqu'au niveau supérieur de l'orifice de remplissage de l'éprouvette par de l'huile sans air et positionnement du piston flottant au-dessus de l'huile; * fermeture des moyens de purge placés le long de la canalisation raccordant le point de prélèvement de l'huile à l'éprouvette; 25 * purge de ladite canalisation avec retour au carter alors que le robinet d'entrée de l'éprouvette est maintenu fermé; * prélèvement d'huile et ouverture calibrée du robinet d'entrée de l'éprouvette pour un remplissage par le bas sans désaération grâce au piston flotteur et sans brassage; * fermeture du robinet d'entrée puis fermeture des moyens de purge de la canalisation en fin de prélèvement; * mesure simultanée de la température de l'huile prélevée et de son volume initial par repérage de la position du piston dans l'éprouvette; et une seconde phase de stabilisation par désaération de l'huile par l'intermédiaire du jeu de coulissement du piston, comprenant les étapes suivantes: * mesure de la température de l'huile désaérée; * mesure du volume final stabilisé d'huile dans l'éprouvette par repérage de la position stabilisée du piston; * calcul de la quantité d'air présente dans l'huile à partir des mesures 5 du volume initial d'huile prélevée et de son volume final stabilisé, ledit volume final étant augmenté du retrait volumique de l'air lié au refroidissement de l'huile pendant cette phase de stabilisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de 10 la description d'un exemple de réalisation du dispositif de mesure, illustrée par la figure 2 qui en est une représentation schématique. Pour prélever un échantillon d'huile hydraulique utilisée dans une boîte de vitesse 10, entraînée par un moteur électrique 11 par exemple, le dispositif selon 15 I'invention comprend une éprouvette 12 graduée, avantageusement transparente pour voir la couleur de l'huile et la présence d'air, disposée verticalement et comprenant un orifice de remplissage 13 radial, au voisinage de sa base 14, doté d'un robinet 15. Avant tout prélèvement, le fond de l'éprouvette doit être pré-rempli d'huile sans air jusqu'au niveau supérieur de l'orifice de remplissage. Particulièrement nécessaire pour 20 les prélèvements à moussage élevé, un piston 16, en matériau plus léger que l'huile, est placé au fond de l'éprouvette, au-dessus de l'huile de pré-remplissage, avec un jeu de coulissement dans l'éprouvette qui autorise le passage de l'air vers le haut de l'éprouvette. Le piston 16 non hermétique permet de visualiser le niveau de l'huile dans l'éprouvette, par sa position vis-à-vis des graduations 17. 25 L'éprouvette 12 est reliée au circuit sous pression d'huile à prélever par une canalisation 18 reliant le point de prélèvement 19 à l'orifice de remplissage 13, qui doit être calibrée au plus près de l'éprouvette et comporter des moyens de purge. Le point de prélèvement est en particulier l'orifice de prise de pression de ligne du carter. Les 30 moyens de purge sont par exemple réalisés par un circuit 20 de purge by-pass , assurant la purge de la canalisation par retour de l'huile dans le carter, avant le remplissage de l'éprouvette. Le calibrage du robinet 15 peut être obtenu par un dispositif 21 adéquat disposé 35 sur la canalisation de liaison 18, destiné à fixer la durée du prélèvement, par exemple à secondes. Pour assurer sa purge, la canalisation de liaison 18 comporte également un robinet 22 placé près du point de prélèvement 19 et un autre robinet dans le circuit 20 de purge, l'ouverture de ces trois robinets de la canalisation 18 étant repérée afin d'obtenir la même pression en tout point de ladite canalisation. Pour vérifier l'absence d'air dans la canalisation 18, avant d'effectuer un prélèvement, celle-ci sera avantageusement réalisée en matériau transparent, du Rilsan par exemple. Pour repérer avec précision la quantité d'huile à laisser au fond de l'éprouvette 12, de telle sorte que l'huile prélevée, en provenance de l'organe mécanique, ne mousse pas au contact de l'air qui serait présent au fond, le piston 16 repose à une certaine hauteur du fond au-dessus de l'orifice de remplissage 13, grâce à des appuis 15 24, au nombre de trois par exemple. La quantité d'huile de pré-remplissage est ainsi définie par la position P0 au repos du piston dans l'éprouvette 12. Un capteur 25 de température, par exemple placé au niveau du robinet 13, mesure la température de l'huile prélevée. Le procédé de mesure de la quantité d'air présente dans l'huile hydraulique d'un organe mécanique comporte une première phase de prélèvement suivie d'une phase de stabilisation. La phase de prélèvement de l'huile à partir de la prise de pression de ligne comprend, après une étape de pré-remplissage du fond de l'éprouvette par de l'huile sans air, jusqu'au-dessus du niveau supérieur de l'orifice d'entrée 13, une étape de fermeture du robinet 15 de l'éprouvette 12, de celui 22 de la canalisation 18 et de celui 23 des moyens de purge, soit des trois robinets du dispositif. Cette fermeture est suivie 30 d'une étape de purge de ladite canalisation 18 par l'ouverture successive du robinet 22 situé près du point de prélèvement 19 de l'huile, puis de celle du robinet 23 du circuit de retour 20, alors que le robinet 15 de l'éprouvette est maintenu fermé. Ainsi est réalisée une circulation d'huile juste avant l'arrivée dans le bas de l'éprouvette pour ôter l'huile qui stagne entre la sortie de la prise de pression de ligne et l'éprouvette. Après cette purge, le prélèvement proprement dit s'effectue par la fermeture partielle du robinet 23 de purge et l'ouverture calibrée du robinet 15 de l'éprouvette 12. Lorsque le volume prélevé est suffisant, on ferme le robinet 15 de l'éprouvette 5 puis les deux autres robinets de la canalisation et du circuit de purge et on mesure simultanément le volume prélevé par repérage de la position initiale P1 du piston 16 dans l'éprouvette et la température de l'huile. La phase de stabilisation consiste à attendre que l'huile se désaère 10 tranquillement par le faible jeu de coulissement du piston dans l'éprouvette, pour obtenir le volume exact prélevé. Pour cela, cette phase comporte la mesure de la température de l'huile désaérée à l'aide d'un capteur puis le repérage du volume d'huile final stabilisé au moyen de la positon P2 stabilisée du piston, qui est inférieure à la position Pl puisque l'huile s'est rétractée. Ce volume final dépend de l'évacuation de 15 I'air et de la rétractation de l'huile liée à l'abaissement de la température de l'échantillon d'huile. Cette rétractation est déterminée par calcul, connaissant les températures initiale et finale, le coefficient volumique de l'huile et le volume final. Enfin le procédé calcule le taux d'air présent dans l'huile à partir des mesures 20 du volume initial d'huile prélevée, de son volume stabilisé, de la différence de température entre la fin et le début du prélèvement et du coefficient de dilatation volumique de l'huile, c'est-à-dire du retrait volumique de l'air dû à l'écart de température entre les mesures du volume initial d'huile prélevée et de son volume stabilisé. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la quantité d'air présente dans une huile hydraulique de commande baignant dans un carter, comprenant une éprouvette verticale graduée 5 et transparente, caractérisé en ce que ladite éprouvette (12) d'une part comporte un orifice de remplissage (13) disposé radialement au niveau de sa base (14) et équipé d'un robinet (15) calibré, et un piston (16), de masse volumique inférieure à celle de l'huile à prélever, dont le jeu de coulissement autorise le passage de l'air vers le haut de l'éprouvette, et d'autre part est reliée par son robinet d'entrée (15) au point de 10 prélèvement (19) du carter d'huile, situé à la sortie de la prise de pression de ligne, au moyen d'une canalisation (18) comportant des moyens de purge et en ce qu'il comporte également des moyens de mesure de la température de l'huile dans l'éprouvette. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de purge sont réalisés par un circuit de purge (20) by-pass qui relie la canalisation de liaison entre le carter et l'éprouvette à ce même carter, un robinet (22) étant placé près du point de prélèvement (19) et un autre robinet (23) étant placé dans le circuit de purge (20), l'ouverture desdits trois robinets (15) de l'éprouvette et (22) de 20 la canalisation (18) et (23) du circuit de purge (20) étant repérée pour obtenir la même pression en tout point. 3. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un dispositif (21) de calibrage est placé sur la canalisation (18) au plus près 25 du robinet d'entrée (13) de l'éprouvette, destiné à fixer la durée du prélèvement d'huile. 4. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce la canalisation (18) reliant le point de prélèvement (19) de l'huile du carter à l'éprouvette (12) est réalisée dans un matériau transparent permettant de visualiser l'absence d'air 30 à l'intérieur de ladite canalisation, lors du démarrage du prélèvement. 5. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (16) repose à une hauteur déterminée du fond de l'éprouvette (12), au-dessus de l'orifice d'entrée (24) de l'éprouvette grâce à des appuis (24), cette position de 35 repos (P0) du piston dans l'éprouvette définissant une quantité d'huile de préremplissage. 6. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la température de l'huile dans l'éprouvette sont réalisés par un capteur (25) placé au niveau du robinet d'entrée (13). 7. Procédé de mesure de la quantité d'air présente dans une huile hydraulique de commande d'un organe tournant en fonctionnement mis en oeuvre par le dispositif selon l'une des revendications 1, 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une première phase de prélèvement de l'huile comprenant les étapes suivantes: * pré-remplissage du fond de l'éprouvette jusqu'au niveau de l'orifice 10 de remplissage de l'éprouvette par de l'huile sans air et positionnement du piston au niveau supérieur de l'huile; * fermeture des robinets (15) d'entrée de l'éprouvette, (22) de la canalisation et (23) des moyens de purge placés entre le point de prélèvement de l'huile et l'éprouvette; 15 * purge de ladite canalisation avec retour au réservoir alors que le robinet d'entrée de l'éprouvette est maintenu fermé; * prélèvement d'huile et ouverture calibrée du robinet d'entrée de l'éprouvette; * fermeture du robinet d'entrée puis fermeture des moyens de purge 20 de la canalisation en fin de prélèvement; * mesure simultanée de la température de l'huile prélevée et de son volume initial par repérage de la position (P1) du piston dans l'éprouvette; et une seconde phase de stabilisation par désaération de l'huile par l'intermédiaire du 25 jeu de coulissement du piston, comprenant les étapes suivantes: * mesure de la température de l'huile désaérée; * mesure du volume final stabilisé d'huile dans l'éprouvette par repérage de la position stabilisée (P2) du piston; * calcul de la quantité d'air présente dans l'huile à partir des mesures 30 du volume initial d'huile prélevée et de son volume final stabilisé, ledit volume final étant augmenté du retrait volumique de l'air lié au refroidissement de l'huile pendant cette phase de stabilisation. 8. Procédé de mesure de la quantité d'air présente dans une huile 35 hydraulique de commande d'un organe tournant en fonctionnement mis en oeuvre par le dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une première phase de prélèvement de l'huile comprenant les étapes suivantes: * pré-remplissage du fond de l'éprouvette jusqu'au niveau de l'orifice de remplissage de l'éprouvette par de l'huile sans air et positionnement du piston au niveau supérieur de l'huile; * fermeture des robinets (15) d'entrée de l'éprouvette, (22) de la canalisation et (23) des moyens de purge placés entre le point de prélèvement de l'huile et l'éprouvette; * purge de ladite canalisation par ouverture successive du robinet (22) situé près du point de prélèvement et du robinet (23) de purge, alors 10 que le robinet d'entrée (15) de l'éprouvette est maintenu fermé; * prélèvement d'huile par fermeture partielle du robinet (23) de purge et ouverture calibrée du robinet (15) d'entrée de l'éprouvette; * fermeture du robinet d'entrée (15) puis fermeture des deux autres robinets (22 et 23) de la canalisation en fin de prélèvement; 15 * mesure simultanée de la température de l'huile prélevée et de son volume initial par repérage de la position (P1) du piston dans l'éprouvette; et une seconde phase de stabilisation par désaération de l'huile par l'intermédiaire du jeu de coulissement du piston, comprenant les étapes suivantes: 20 * mesure de la température de l'huile désaérée; * mesure du volume final stabilisé d'huile dans l'éprouvette par repérage de la position stabilisée (P2) du piston; * calcul de la quantité d'air présente dans l'huile à partir des mesures du volume initial d'huile prélevée et de son volume final stabilisé de 25 la différence de température entre la fin et le début du prélèvement et du coefficient de dilatation volumique de l'huile.