Brevet FR2884298A1 — publié le 20061013

La présente invention concerne une bougie de préchauffage à capteur de pression intégré. Dans un moteur à combustion interne, notamment un moteur de type Diesel, chaque cylindre comporte une bougie de préchauffage qui permet de réchauffer l'intérieur de la chambre de combustion correspondante, notamment au démarrage du moteur. Cette bougie de préchauffage est disposée dans un alésage taraudé qui traverse la tête de culasse du moteur. Cette bougie de préchauffage comporte alors un corps fileté adapté à être monté dans l'alésage correspondant de la tête de culasse et un doigt dans lequel est logée une électrode de préchauffage. Il est également connu d'intégrer un capteur de pression à une telle bougie de préchauffage. En effet, on a remarqué que la connaissance de la valeur de la pression à l'intérieur de chaque cylindre permettait de mieux contrôler le déroulement de la combustion au coeur de ce moteur. Cette information est alors utilisée pour réguler l'injection de carburant dans chacun des cylindres. Les émissions polluantes du moteur peuvent ainsi être réduites et la consommation optimisée. Dans les bougies de préchauffage de l'art antérieur intégrant un capteur de pression, ce dernier est logé dans une partie du corps de la bougie appelée tête de bougie ou monté sur cette tête de bougie. Cette dernière est la partie du corps de la bougie se trouvant à l'extérieur du cylindre. Le document EP-1 096 141 révèle par exemple une telle bougie de préchauffage. Dans ces bougies de préchauffage, il convient de transmettre la pression qui règne à l'intérieur du moteur dans le cylindre correspondant jusqu'au capteur de pression disposé à l'extérieur du moteur, dans ou sur la tête de la bougie de préchauffage. Différents montages ont été présentés de manière à ce que les forces exercées sur le doigt de la bougie de préchauffage se trouvant dans le cylindre soient retransmises au capteur de pression. Différentes pièces mécaniques sont alors intercalées entre le capteur de pression et le doigt de la bougie. Ces diverses pièces intercalaires influent sur la mesure réalisée. En outre, du fait de sa position, le capteur de pression de telles bougies de préchauffage est également soumis à des vibrations extérieures. Des contraintes dans la tête de culasse peuvent également venir perturber les mesures effectuées par le capteur de pression d'une telle bougie de préchauffage. Les bougies de l'art antérieur présentent ainsi l'inconvénient de nécessiter un ajustage mécanique précis lors de leur montage, ce qui entraîne un prix de revient élevé. De plus, malgré tout le soin apporté au montage mécanique, des forces parasites viennent perturber la mesure réalisée par le capteur de pression. La présente invention a alors pour but de fournir une bougie de préchauffage intégrant un capteur de pression de telle sorte que ce dernier mesure le plus précisément possible la pression régnant à l'intérieur d'un cylindre d'un moteur à combustion interne. De préférence, la solution proposée n'entraînera pas de surcoût par rapport aux solutions connues de l'art antérieur. A cet effet, l'invention propose une bougie de préchauffage pour un cylindre de moteur à combustion interne comportant: - un corps tubulaire présentant à l'une de ses extrémités une tête de bougie ainsi qu'une zone de fixation présentant des moyens pour sa fixation dans un alésage, - un doigt monté sur le corps de la bougie à l'extrémité opposée à la tête de bougie, et - un capteur de pression isolé de manière étanche du cylindre correspondant. Selon la présente invention, le doigt est fixé à une zone tubulaire déformable élastiquement et destinée à être en saillie à l'intérieur du cylindre, et le capteur de pression est monté entre le doigt et une pièce d'appui fixée à l'intérieur du corps tubulaire. De cette manière, le capteur de pression se trouve à proximité immédiate du doigt sur lequel agit la pression régnant dans le cylindre correspondant. Grâce à ce nouvel emplacement, la mesure du capteur de pression n'est plus perturbée par des vibrations parasites ou des forces de contraintes dues par exemple au serrage de la bougie de préchauffage dans la culasse correspondante. En outre, il n'est plus nécessaire de prévoir un ajustement précis de plusieurs pièces mécaniques entre le doigt sur lequel s'exerce la pression régnant dans le cylindre et le capteur de pression destiné à mesurer cette pression. Le capteur de pression peut être monté directement au contact du doigt de la bougie de préchauffage mais on peut également prévoir qu'une pièce intermédiaire est montée entre le capteur de pression et le doigt. Pour bénéficier au mieux de l'élasticité de la zone tubulaire, le doigt est fixé de préférence à l'extrémité libre de la zone tubulaire. La fixation du doigt sur la zone terminale est par exemple réalisée par brasage et par l'intermédiaire d'une bague. Dans une bougie de préchauffage selon l'invention, la pièce d'appui est disposée dans le corps de bougie, de préférence à proximité de la zone terminale. Le capteur de pression se trouve alors au niveau de la zone terminale et n'est pas du tout influencé par les perturbations pouvant provenir de la tête de culasse dans laquelle la bougie est montée. Une forme de réalisation d'une bougie de préchauffage selon l'invention prévoit que la pièce d'appui est soudée à l'intérieur du corps tubulaire de la bougie. Un capteur piézo-électrique est particulièrement bien adapté pour servir de capteur de pression dans une bougie de préchauffage selon l'invention. La présente invention concerne également un moteur à combustion interne, notamment moteur de type Diesel, qui comporte une bougie de préchauffage telle que décrite ci-dessus. Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels: La figure 1 représente en perspective et en coupe partielle une bougie de préchauffage selon l'invention, et La figure 2 montre en perspective un capteur de pression destiné à être monté dans une bougie de préchauffage telle celle de la figure 1. On reconnaît sur la figure 1 une bougie de préchauffage comportant un corps 2, un doigt 4, une âme 6 et un capteur de pression 8. Le corps 2 est une pièce métallique tubulaire constituée de plusieurs segments cylindriques circulaires. A une première extrémité, appelée tête de bougie 10, le corps 2 de bougie présente une zone de préhension avec une surface extérieure de section transversale hexagonale. Une zone adjacente à la tête de bougie 10 du corps 2 présente un filetage 12. Ce dernier est destiné à coopérer avec un alésage correspondant réalisé dans une tête de culasse d'un moteur afin de recevoir la bougie de préchauffage représentée sur la figure 1. La zone de préhension de la tête de bougie 10 est utilisée pour le vissage et dévissage de la bougie de préchauffage sur le moteur. La surface extérieure du corps 2 de bougie comporte un cône d'étanchéité 13 destiné à coopérer avec un siège de forme complémentaire réalisé dans la tête de culasse correspondante. Le filetage 12 et l'appui réalisé grâce au cône d'étanchéité 13 permettent d'obtenir d'une part un excellent maintien de la bougie de préchauffage et d'autre part une parfaite étanchéité entre la tête de culasse et la bougie. On définit ainsi sur le corps 2 de bougie une zone de fixation incluant le filetage 12 et s'étendant jusqu'au cône d'étanchéité 13. Du côté opposé à la tête de bougie, le corps 2 de bougie reçoit le doigt 4 de celle-ci. Le doigt 4 utilisé ici est un doigt en céramique. Il est alimenté en courant électrique par l'âme 6 qui traverse tout le corps 2 de bougie. Une patte de connexion 14 est prévue à l'extrémité de l'âme 6 opposée au doigt 4 pour permettre de relier l'âme, et donc aussi le doigt, à une source de courant électrique. Dans la forme de réalisation de la figure 1, le doigt 4 en céramique est monté à l'extrémité du corps 2 de bougie, du côté opposé à la tête de bougie 10, par l'intermédiaire d'une bague 16. Le montage entre la bague 16 et le corps 2 de bougie est étanche et ces deux pièces sont solidaires l'une de l'autre. De même le doigt 4 est monté dans la bague 16 de telle sorte qu'il soit solidaire de celle-ci. Ces montages peuvent être réalisés par exemple par brasage. Comme représenté sur la figure 1, le corps 2 de bougie présente une zone terminale 17 en saillie au-delà du cône d'étanchéité 13. Lorsque la bougie de préchauffage est en place dans la tête de culasse correspondante, cette zone terminale 17 se trouve dans une chambre de combustion du moteur. Cette zone terminale 17 prolonge le corps 2 de bougie et présente une forme cylindrique circulaire tubulaire. La bague 16 est soudée à l'extrémité libre de cette zone terminale 17. La hauteur (mesurée selon l'axe longitudinal du corps 2 de bougie) de la bague 16 est inférieure sensiblement à la hauteur de la zone terminale 17. La zone terminale 17 peut être d'une seule pièce avec le corps 2, comme montré sur la figure 1. II peut aussi être envisagé d'avoir une pièce distincte montée sur le corps 2. Cette seconde solution permet par exemple de choisir un matériau différent pour la zone terminale 17 par rapport au reste du corps 2. Comme on le remarque sur la figure 1, le capteur de pression 8 est monté dans le corps 2 de la bougie entre le doigt 4 et un anneau 18 d'appui. Ce dernier est par exemple soudé à l'intérieur du corps 2 de la bougie de manière à être solidaire de ce corps 2. L'anneau 18 se trouve sensiblement à la hauteur du cône d'étanchéité 13. Le capteur de pression 8 se trouve ainsi, lorsque la bougie de préchauffage est montée sur une culasse, à l'intérieur de la chambre de combustion. En effet, le capteur 8 est placé entre le cône d'étanchéité 13 du corps 2 de bougie et le doigt 4. Grâce à ce montage, le capteur de pression 8 est monté entre l'anneau 18 d'appui solidaire du corps 2 et le doigt 4 soudé à l'extrémité de ce corps 2 de bougie. La zone du corps 2 comprise entre la bague 16 et l'anneau d'appui 18 est une zone tubulaire déformable élastiquement. On remarque ainsi que les forces exercées par la pression régnant à l'intérieur du cylindre du moteur sont directement et intégralement retransmises par le doigt 4 au capteur de pression 8. Le capteur de pression 8 est un capteur piézo-électrique. II comprend un élément piézo-électrique disposé entre deux éléments de contact (non représentés) en matériau conducteur d'électricité, le capteur étant luimême isolé électriquement du reste de la bougie de préchauffage par des éléments électriquement isolants 22. Sur la figure 1, à l'intérieur du corps 2 de la bougie, on remarque une pièce 28 sensiblement cylindrique circulaire tubulaire s'étendant depuis l'anneau 18 jusqu'à la tête de bougie 10. A l'intérieur de cet élément se trouve d'une part l'âme 6 permettant l'alimentation en énergie du doigt 4 et d'autre part des composants électroniques 27 associés notamment au capteur de pression 8. Des éléments conducteurs permettent aussi de relier les composants électroniques 27 à des pattes de connexion 24 se trouvant à proximité de la première patte de connexion 14 associée à l'âme 6. Les composants électroniques 27 récupèrent les charges de l'élément piézo-électrique et les amplifient selon un gain calibré. Les pattes de connexion 14 et 24 sont protégées par une douille de protection 30 (figure 1) réalisée par exemple dans une matière synthétique souple. L'ensemble formé par le capteur de pression 8 et les composants électroniques 27 est montré plus en détails sur la figure 2. Lorsqu'une pression règne à l'intérieur du cylindre correspondant, cette pression exerce sur le doigt 4 une force tendant à le faire rentrer dans le corps 2 de bougie. La zone terminale 17 du corps de bougie est alors comprimée élastiquement et le capteur de pression 8 mesure, par l'intermédiaire du doigt 4 et de l'anneau 18, les contraintes liées à cette déformation. Le montage de capteur de pression proposé ci-dessus permet une intégration du capteur de pression au plus près du doigt de la bougie de préchauffage. De cette manière, le capteur de pression peut mesurer directement les déformations de l'élément chauffant de cette bougie de préchauffage. Cette position du capteur permet d'avoir une structure plus robuste de ce capteur et de rendre celui-ci insensible aux vibrations. La structure proposée, avec le capteur se trouvant au niveau du doigt de la bougie, ou juste au-dessus de celui-ci, peut s'adapter à tous les types connus de bougies de préchauffage. L'intégration du capteur dans le corps de la bougie permet aussi de limiter le volume de la tête de bougie et donc d'encombrement à l'extérieur du moteur. En outre, le capteur de pression 8 de la bougie de préchauffage décrite ci-dessus est insensible aux contraintes régnant dans la tête de culasse. Ces diverses contraintes ne viennent donc pas influencer la mesure faite par ce capteur. Le capteur de pression se trouve également isolé des particules et autres impuretés se trouvant dans la chambre de combustion correspondante. La liaison entre l'extrémité 16 et le doigt 4 est parfaitement étanche et empêche donc toute migration de particules vers le capteur de pression. Dans la forme de réalisation proposée ci-dessus, le capteur de pression est très peu sensible aux vibrations et autres forces parasites. La fréquence de 25 résonance d'un tel montage est en effet supérieure à 12 kHz. Le montage proposé du capteur de pression permet de garantir une grande stabilité de celui-ci. De préférence, la mesure de pression effectuée est indépendante de la température. Pour ce faire, on choisit de préférence pour réaliser la zone terminale 17 un alliage dont l'élasticité ne varie pas dans les plages de température auxquelles la zone terminale 17 est soumise. De même, l'élément piézo-électrique est choisi de telle sorte que sa sensibilité soit indépendante de la température. Pour résister aux températures relativement élevées à laquelle le capteur de pression est soumis, l'élément piézo- électrique se présente par exemple sous la forme d'un monocristal. II est toutefois également possible d'utiliser des polycristaux présentant une température de Curie élevée, par exemple supérieure à 500 C. On remarque également le haut degré d'intégration des bougies de préchauffage selon l'invention décrite ci-dessus. En effet, des composants électroniques peuvent être intégrés au coeur de cette bougie. Bien que présentant des performances sensiblement améliorées en matière de mesure de pression par rapport aux bougies de préchauffage munies d'un capteur de pression de l'art antérieur, la solution proposée par l'invention n'entraîne pas de surcoût par rapport aux bougies de préchauffages similaires de l'art antérieur. Enfin, grâce aux étanchéités réalisées, il n'y a aucun risque de contamination du capteur de pression par des particules se trouvant dans le cylindre correspondant. La présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif. Elle concerne également toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier. REVENDICATIONS 1. Bougie de préchauffage pour un cylindre de moteur à combustion interne comportant: - un corps (2) tubulaire présentant à l'une de ses extrémités une tête de bougie ainsi qu'une zone de fixation présentant des moyens (12, 13) pour sa fixation dans un alésage, - un doigt (4) monté sur le corps (2) de la bougie à l'extrémité opposée à la tête de bougie, et - un capteur de pression (8) isolé de manière étanche du cylindre correspondant, caractérisée en ce que le doigt (4) est fixé à une zone tubulaire (17) déformable élastiquement et destinée à être en saillie à l'intérieur du cylindre, et en ce que le capteur de pression (8) est monté entre le doigt (4) et une pièce d'appui (18) fixée à l'intérieur du corps (2) tubulaire. 2. Bougie de préchauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le doigt (4) est fixé à l'extrémité libre de la zone tubulaire (17). 3. Bougie de préchauffage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le doigt (4) est soudé par brasage à la zone tubulaire (17) par l'intermédiaire d'une bague (16). 4. Bougie de préchauffage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la pièce d'appui (18) est disposée dans le corps (2) de bougie, à proximité de la zone terminale (17). 5. Bougie de préchauffage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la pièce d'appui (18) est soudée à l'intérieur du corps (2) tubulaire de la bougie. 6. Bougie de préchauffage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le capteur de pression (8) est un capteur piézoélectrique. 7. Bougie de préchauffage selon la revendication 6, caractérisée en ce que le capteur piézo-électrique comporte un élément piézo-électrique se présentant sous la forme de polycristaux et dont la température de Curie est supérieure à 500 C. 8. Moteur à combustion interne, notamment moteur de type Diesel, caractérisé en ce qu'il comporte une bougie de préchauffage selon l'une des revendications 1 à 7.