Brevet FR2880666A1 — publié le 20060714

Domaine de l'invention La présente invention concerne un entraînement par traction comprenant un moyen de traction sans fin notamment une courroie reliant au moins deux poulies reliées à un élément moteur et un élément entraîné. L'invention concerne également un procédé de saisie de l'usure d'un moyen de traction sans fin d'un entraînement par un moyen de traction notamment d'une courroie d'un entraînement par courroie selon l'une des revendications 1 à 8. Enfin l'invention concerne un moyen de traction sans fin. Etat de la technique Dans les moteurs à combustion interne actuels mais également dans d'autres moyens d'entraînement, on utilise très fréquemment des moyens d'entraînement par traction. Il s'agit de courroies trapézoïda-les en matière plastique, en caoutchouc ou en matières analogues pour transmettre les efforts fournis par exemple par le vilebrequin à l'arbre à came ou par un arbre principal à un arbre auxiliaire pour entraîner par exemple un dispositif de suralimentation, un compresseur ou un moyen analogue. Les courroies d'entraînement subissent une très forte usure et pour cela il faut les remplacer à des intervalles de temps réguliers. L'image de l'usure se traduit dans la plupart des cas par une modification de l'élasticité de la courroie d'entraînement, à la formation de fissures capillaires, à l'usure de la denture dans le cas de courroies crantées ou la disparition de certaines dents et partiellement également par une variation d'épaisseur. Le non-respect des intervalles d'entretien peut se traduire par des incidents aux conséquences importantes. C'est ainsi que par exemple si le ventilateur du moteur à combustion interne est entraîné par l'intermédiaire d'une courroie crantée, en cas de rupture de cette courroie, le piston risque de frapper les soupapes avec pour conséquence la des- traction du moteur. Il est dans ces conditions nécessaire de remplacer le moteur ou du moins d'effectuer des réparations compliquées et de ce fait coûteuse. Dans ces conditions il est souhaitable de surveiller l'état instantané d'un moyen de traction sans fin notamment d'une courroie trapézoïdale ou d'une courroie crantée pour voir si l'on atteint la limite d'usure et éviter les dommages évoqués ci-dessus. Le document DE-102 16 354-Al décrit un moyen d'entraînement par traction du type défini ci-dessus. Dans ce moyen d'entraînement toutes les pièces ou les détails du moyen d'entraînement par traction sont électro-conducteurs indépendamment de la matière utilisée. Lorsque le moteur à combustion interne tourne cela permet en continu de déterminer la conductivité électrique et ainsi l'état d'usure du moyen de traction. Comme la résistance du moyen de traction change également pendant la durée de vie, par comparaison avec l'état neuf, en fixant une limite on peut solliciter le remplacement du moyen de traction sans fin avant qu'il ne soit défaillant. Pour saisir la valeur de la résistance, il faut une installation de mesure à effet inductif sans contact, compliqué ou des contacts par frottement augmentant l'usure. La difficulté est que par exemple si la surface est salie, la valeur de la résistance peut changer et produire des conclusions erronées quant à l'usure. Un document non publié antérieurement décrit un moyen de traction du type défini ci-dessus ainsi qu'un procédé de saisie de l'usure d'un moyen de traction sans fin et d'un agent de traction sans fin pour un tel moyen d'entraînement de traction; ce moyen comporte une installation de détection optique pour détecter la surface du moyen de traction. La détection optique constitue une amélioration considérable par rapport à la saisie par la valeur de la résistance comme cela est décrit dans le document DE-102 16 354-Al et constitue ainsi une amélioration importante. Dans de nombreux cas, il n'est toutefois pas possible de faire une détection optique. En particulier, ce procédé peut être gêné si entre l'émetteur et le récepteur des rayons lumineux il y a des substances imperméables ou absorbant fortement le rayonnement lumineux. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un entraînement par un moyen de traction correspondant au type défini cidessus ainsi qu'un procédé de saisie de l'usure d'un moyen de traction d'un tel moyen d'entraînement pour permettre une surveillance du moyen de trac- tion, sans contact et pratiquement indépendamment d'influences extérieures et notamment de surveiller l'usure du moyen de traction sans fin. L'invention a également pour but de développer un moyen de traction sans fin applicable à un tel moyen d'entraînement. Exposé et avantage de l'invention A cet effet la présente invention concerne un entraînement par un moyen de traction du type défini ci-dessus caractérisé par une installation de détection acoustique pour détecter la surface du moyen de traction. L'invention concerne également un procédé de saisie de l'usure d'un moyen de traction sans fin du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on détecte de manière acoustique au moins une surface du moyen de traction et à partir du signal de détection on détermine l'usure du moyen de traction. Enfin l'invention concerne un moyen de traction sans fin caractérisé en ce qu'au moins la surface du moyen de traction est revêtue d'au moins une couche réfléchissant les signaux sonores. L'idée fondamentale de l'invention est de détecter de manière acoustique le moyen de traction à l'aide d'un signal phonique ou signal sonore soit à l'arrêt soit de manière permanente pendant le fonctionnement ou aussi à des intervalles de temps ou intervalles angulaires déterminés et d'évaluer à l'aide du signal de détection ainsi saisi, l'état du moyen de traction sans fin en particulier d'une courroie trapézoïdale ou d'une courroie crantée. Pour cela, on compare de préférence les signaux de référence mémorisés provenant d'un moyen de traction non usé au signal de détection et à partir de cette comparaison on évalue l'état instantané du moyen de traction, c'est-à-dire de la courroie d'entraînement qui est par exemple une courroie crantée. Lorsque le critère prédéfini est dépassé on signale la nécessité de remplacer le moyen de traction pour éviter des dommages dans le moteur équipé de l'entraînement par un moyen de traction, par exemple d'un moteur à combustion interne. La détection se fait de préférence à l'aide d'une installation d'émission qui émet le signal sonore et d'au moins une installation de réception recevant le signal sonore réfléchi par le moyen de traction. Le signal sonore peut être émis de façon permanente par l'installation d'émission. Selon un mode de réalisation, le signal sonore est émis de façon impulsionnelle par l'installation d'émission. L'émission impulsionnelle est avantageusement synchronisée sur la vitesse de rotation de l'élément d'entraînement. Pour cela le moyen de traction a au moins une surface de revêtement ré-fléchissant les signaux sonores. Pour améliorer encore plus la détection du moyen de trac- tion, un mode de réalisation avantageux prévoit un dispositif tendeur en regard de l'installation de détection qui dévie le moyen de traction au ni- veau de l'installation de détection par un galet tendeur pour que la face du moyen de traction, revêtue soit tourné vers l'installation de détection. Les éventuelles fissures seront alors particulièrement ouvertes par le galet tendeur ce qui permet une meilleure détection de la surface. La déviation faite sur le galet tendeur se fait notamment par le côté de la courroie crantée ou de la courroie trapézoïdale qui ne correspondant ni aux dents ni aux nervures. Un circuit qui fait notamment partie d'un appareil de commande connu de moteur traite et exploite les signaux sonores reçus. Cela se traduit notamment par la comparaison du signal de détection à un signal de détection mémorisé à partir d'un moyen de traction non usé. Cette comparaison permet de juger qu'il y a une usure si un seuil d'usure prédéfini est dépassé. Dans ce cas, le circuit génère un signal optique et/ ou acoustique d'usure attirant l'attention par exemple du conducteur du véhicule sur le risque de défaillance du moyen de traction. De plus le signal d'usure peut également être mémorisé dans une mémoire de défaut et être lu par exemple lors d'une intervention d'entretien de manière à remplacer le moyen de traction avant que celui- ci ne produise une défaillance du moyen d'entraînement se traduisant par exemple par un dommage considérable du moteur à combustion interne. Le moyen de traction sans fin utilisé dans un tel entraîne- ment c'est-à-dire par exemple une courroie trapézoïdale ou une courroie crantée comporte une couche à caractéristique réfléchissant particulière- ment bien les signaux sonores sur au moins l'une de ses faces. Cette couche est de préférence prévue sur les nervures trapézoïdales ou dans de la courroie trapézoïdale ou courroie crantée. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de différents modes de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de face schématique d'un moteur à combustion 30 interne équipé d'un dispositif de détection acoustique pour la saisie de l'usure d'un moyen de traction sans fin; - la figure 2a montre schématiquement une installation de détection acoustique pour la saisie de l'usure du moyen de traction et les signaux de détection correspondant au premier exemple de réalisation; - la figure 2b montre l'intensité sonore en fonction de la fréquence d'un moyen de traction sans fin, usé ; - la figure 2c montre l'intensité sonore en fonction de la fréquence dans le cas d'un moyen de traction neuf, non usé ; - la figure 3a montre schématiquement une installation de détection acoustique pour la saisie de l'usure du moyen de traction et les signaux de détection correspondant à un second et à un troisième exemple de réalisation de l'invention; - la figure 3b montre l'intensité sonore en fonction de la fréquence dans le cas d'un moyen de traction sans fin, usé ; - la figure 3c montre l'intensité sonore en fonction de la fréquence dans le cas d'un nouveau moyen de traction, non usé. Description des modes de réalisation La figure 1 montre schématiquement un moteur 100, par exemple un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile dont le vilebrequin 110 entraîne une poulie à courroie 115 sur laquelle passe par exemple une courroie trapézoïdale à nervures (appelée ci-après simple-ment courroie trapézoïdale) 120 qui passe en outre sur les poulies 130, 140, 150 portées par des arbres d'entraînement, par exemple celui d'une pompe à eau 135, une pompe d'asservissement 145 ainsi que d'une génératrice 155. Un dispositif tendeur permet de tendre la courroie trapézoïdale 120. Ce dispositif comporte un galet tendeur 180 sur lequel passe la courroie trapézoïdale 120 et qui exerce de façon connue en soi une force de serrage sur la courroie trapézoïdale 120. L'ensemble de l'installation formé par les poulies 115, 130, 140, 150 et le galet tendeur 180 constitue un entraînement par un moyen de traction; ce dernier est constitué par la courroie trapézoïdale à nervures 120. A côté d'une courroie trapézoïdale à nervures 120 on peut également utiliser comme moyen de traction une courroie crantée per- mettant, tout comme la courroie trapézoïdale 120, un entraînement par une liaison par la forme pour entraîner plusieurs équipements tels que générateurs, ventilateurs, pompes à eau, compresseurs de climatisation, pompes d'asservissement de direction ou équipements de ce type. Du côté frontal du moteur 120, au niveau de l'entraînement par un moyen de traction, on a une installation de détection acoustique 170 qui émet un signal sonore 172 et reçoit de nouveau ce signal. Les signaux de détection sont transmis par une ligne électrique de transmission de signal 210 à un circuit électronique d'exploitation. Il peut s'agir par exemple de l'appareil de commande ou de gestion de moteurs 200, connu en soi, qui exploite les signaux de détection comme cela sera décrit ci- après. Selon la présente invention, on utilise une courroie d'entraînement 120 dont le dessous est revêtu d'une surface 122 réfléchissant particulièrement bien les signaux sonores. Le signal sonore 172 émis par l'installation de détection 170 est réfléchi par ce revêtement 122 pour être reçu par le capteur de l'installation de détection (ce capteur n'apparaît pas à la figure 2). Comme source sonore on envisage une source d'ultrason ou une source d'infrason. Les ondes sonores réfléchies sont détectées et exploitées. Selon un algorithme d'exploitation qui fait partie de l'appareil de commande 200, en exploitant les différences de temps de parcours, les variations d'intensité ou diminutions d'intensité, l'excitation d'harmoniques, de fréquences parasites ou autres on détermine l'état d'usure instantané de la courroie d'entraînement 120. L'exploitation se fait à l'aide d'un algorithme d'exploitation, d'un réseau neuronal, d'une logi- que floue ou de moyens de ce type. Il est à remarquer que l'installation de détection 170 peut être en principe installée à n'importe quel endroit du moteur 100 où passe la courroie d'entraînement 120. Dans le cas d'une courroie d'entraînement neuve, non usée, qui ne présente aucune fissure capillaire 125, on obtient le signal portant la référence N à la figure 2c et ayant un modèle de fréquence caracté- ristique des ondes sonores réfléchies. A mesure que l'usure augmente, c'est-à-dire par exemple lorsque des fissures capillaires 125 (voir figure 2b) se développent entre les dents 124 du fait des mouvements de foulage intenses que subit la courroie d'entraînement 120 à son passage sur les différentes poulies 115, 130, 140, 150 et sur le galet tendeur 180, ce si- gnal se modifie; par exemple le nombre de dents correspondant aux diffé- rentes fréquences, l'intensité du signal ou des effets de ce type. C'est ainsi que par exemple dans le cas d'une courroie d'entraînement neuve 120, non usée, le signal N contient des dents de fréquence caractéristique220, 221, 222, 223. Le signal A d'une courroie trapézoïdale usée ayant de nombreuses fissures capillaires 125, à côté de ces dents de fréquence 220, 221, 222, 223, on détecte aussi des fréquences parasites 227, 228. Les variations du spectre de fréquence permettent de conclure à l'état d'usure de la courroie d'entraînement 120. Les variations du spectre de fréquence qui permettent de conclure à l'usure de la courroie d'entraînement 120 peuvent se traduire en plus de l'apparition de fréquences parasites 227, 228, également par l'apparition d'harmoniques de la fréquence fondamentale et/ou des déphasages entre les fréquences émises et réfléchies et/ou des variations de longueurs d'ondes pour les fréquences émises et réfléchies et/ ou des différences de temps de parcours entre les fréquences émises et réfléchies. Comme procédé de comparaison on peut utiliser des comparaisons de modèles, de niveaux de signal, de fréquences, de taux de répétition ou de différence. Le circuit électronique d'exploitation qui fait partie de l'appareil de commande 200 est par exemple implémenté sous la forme d'un programme ou sous la forme d'un réseau neuronal et il compare le signal saisi A au signal N d'une courroie d'entraînement 120 non usée pour évaluer l'usure de la courroie d'entraînement 120. La figure 2 montre la disposition de l'installation de détection 170 contre le dessous c'est-à-dire le côté dents d'une courroie d'entraînement 120, représentée schématiquement suivant un tracé droit. La précision de la détection peut être augmentée si l'installation de détec- tion 170 est placée en regard du galet tendeur 180 qui dévie alors la courroie d'entraînement 120 pour que son dessous soit tourné vers l'installation de détection 170 (figure 1). Le galet tendeur 180 déploie la face inférieure de la courroie d'entraînement 120 très fortement ce qui élargit les éventuelles fissures capillaires et permet une meilleure détec- tion de ceux-ci par l'installation de détection 170. Après avoir effectué la comparaison entre la suite de signal N correspondant à une courroie neuve non usée et la suite de signal A de la courroie d'entraînement détecté 120, on considère qu'il y a usure par exemple si l'on atteint un seuil d'usure prédéfini et on signale celle-ci au conducteur du véhicule équipé de l'entraînement par un moyen de traction comme celui décrit ci-dessus en lui envoyant un signal avertisseur acoustique ou optique. On peut en outre mémoriser un signal de défaut dans une mémoire et l'extraire par exemple ultérieurement lors de travaux d'entretien. La détection peut se faire soit à l'arrêt du moteur 100 soit pendant son fonctionnement et cela de façon continue ou seulement à des instants donnés ou à des intervalles de temps prédéfinis de manière synchronisée sur la vitesse de rotation d'un élément d'entraînement (110) ou encore sur la vitesse de rotation d'un vilebrequin ou sur celle d'un arbre à came d'un moteur à combustion interne. Le signal sonore 172 utilisé peut être un signal permanent, un signal impulsionnel ou un signal émis et coupé de façon synchronisée sur la vitesse de rotation par exemple du vilebrequin 110. Dans le cas de l'exemple de réalisation de la détection d'une courroie d'entraînement 120 représentée aux figures 3A - 3C et les si- gnaux recueillis à ce moment, on a utilisé les mêmes références que pour l'exemple de réalisation des figures 2A - 2C de sorte que la description ne 5 sera pas répétée. La différence des exemples de réalisation des figures 2A - 2C, dans l'exemple de réalisation des figures 3A - 3C, on détecte la face supérieure des dents 124. En plus de la face supérieure des dents 124 on peut également en plus ou en alternative détecter les flancs des dents. A mesure que l'usure augmente, le rapport dents / largeur de flanc diminue de sorte que le signal rectangulaire A, détecté (figure 3B) varie de manière significative par rapport au signal N'correspondant à une courroie d'entraînement 120, neuve, non usée (figure 3C). Si la largeur tnouv du côté du rectangle du signal N d'une courroie d'entraînement 120 neuve non usée, diminue avec la progression de l'usure car les dents diminuent de sorte que la largeur tant des impulsions rectangulaires 265 d'une courroie d'entraînement 120 usée est plus faible que celle représentée schématiquement par le signal A à la figure 3B. Cette variation est exploitée par l'appareil de commande 200. Dans ce cas, la largeur de dent est en corré- lation avec la vitesse de rotation du moyen d'entraînement. En fonction de la vitesse de rotation on aura des durées de dents spécifiques qui peuvent être mémorisées dans un champ de caractéristiques ou dans un tableau ou d'une autre manière appropriée. A mesure que l'usure augmente, les durées des dents se raccourcissent de manière significative par rapport aux valeurs de référence pour la même vitesse de rotation. Les différences des durées de dents peuvent ainsi être utilisées pour les diagnostics. On peut éviter des tolérances de fabrication des largeurs de dents, on peut également utiliser des durées de dents moyennes comme signal de diagnostic. En plus, par exemple en cas de dents cassées on a un intervalle dans la courroie d'entraînement 120 et par conséquent une pause dans la succession des durées de dents. Celle-ci peut également être dé-celée. Les figures 3A - 3C montrent en outre un troisième exemple de réalisation avec une installation de détection 170 qui n'est pas située en regard du dessous de la courroie d'entraînement 120, mais de façon que le fond soit dirigé en biais par en dessous et soit par exemple réfléchi par le flanc des dents pour être reçu par une installation de réception non représentée. 2880666 io REVENDICATIONS 1 ) Entraînement par traction comprenant un moyen de traction sans fin (120) notamment une courroie reliant au moins deux poulies (115, 130, 140, 150) reliées à un élément moteur (110) et un élément entraîné, caractérisé par une installation de détection acoustique (170) pour détecter la surface du moyen de traction (120). 2 ) Entraînement par traction selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation de détection acoustique (170) comporte au moins une installation d'émission pour émettre un signal sonore (172) et au moins une installation de réception pour recevoir le signal sonore réfléchi par le moyen de traction (120). 3 ) Entraînement par traction selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal sonore (172) est un signal d'ultrasons ou d'infrasons. 4 ) Entraînement par traction selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le signal sonore (172) est émis en permanence par l'installation d'émission. 5 ) Entraînement par traction selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le signal sonore (172) est émis de manière impulsionnelle par l'installation d'émission. 6 ) Entraînement par traction selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'émission impulsionnelle du signal sonore (172) est synchronisée sur la vitesse de rotation de l'élément d'entraînement (110). 7 ) Entraînement par traction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de traction (120) comporte au moins une surface (122) de revêtement, réfléchissant les signaux sonores. 8 ) Entraînement par traction selon la revendication 7, caractérisé par une installation de tension en regard de l'installation de détection (170) et ayant au moins un galet tendeur (180) autour duquel passe le moyen de traction (120) pour qu'au moins la surface (122) munie du revêtement soit tournée vers l'installation de détection (170). 9 ) Entraînement par traction selon la revendication 2, caractérisé par un circuit (200) pour traiter et exploiter les signaux sonores (172) reçus de l'installation de réception (170). 10 ) Procédé de saisie de l'usure d'un moyen de traction sans fin (120) d'un entraînement par un moyen de traction notamment d'une courroie d'un entraînement par courroie selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu' on détecte de manière acoustique au moins une surface du moyen de traction (120) et à partir du signal de détection on détermine l'usure du moyen de traction (120). 11 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' on détecte la surface du moyen de traction (120) revêtue d'une couche (122) réfléchissant le son. 12 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la détection se fait de manière continue. 13 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la détection se fait dans des intervalles de temps prédéfinis. 14 ) Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la détection se fait dans des intervalles de temps prédéfinis de manière synchronisée sur la vitesse de rotation d'un élément d'entraînement (110) ou sur la vitesse de rotation d'un vilebrequin ou sur celle d'un arbre à carne d'un moteur à combustion interne. 15 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' on compare le signal de détection (A, A') à un signal de détection mémorisé (N, N') d'un moyen de traction (120) non usé et on en déduit l'usure. 16 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' en cas de dépassement d'un seuil d'usure prédéfini, un circuit (200) génère un signal d'usure optique et/ou acoustique et émet ce signal et/ou enregistre le signal dans une mémoire de défaut. 17 ) Moyen de traction sans fin (120) pour un entraînement par traction selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu' au moins la surface du moyen de traction (120) est revêtue d'au moins une couche (122) réfléchissant les signaux sonores. 18 ) Moyen de traction selon la revendication 17, caractérisé en ce qu' il est sous la forme d'une courroie crantée ou d'une courroie dentée dont au moins le côté à nervures ou le côté à dents, est revêtu d'au moins une 25 couche (122) réfléchissant les signaux sonores.