Brevet FR2891049A1 — publié le 20070323

PROCEDE DE DETERMINATION DE PARAMETRES DE VISSAGE La présente invention se rapporte, de manière générale, à un procédé de détermination de paramètres de vissage d'un assemblage comprenant une bougie d'allumage à visser à travers un joint, suivant une direction de vissage, dans un puits de réception. Il est connu que ce puits de réception soit muni d'un taraudage adapté à la bougie d'allumage à visser, et que, pendant le vissage, on mesure un couple de serrage et un angle de serrage de la bougie d'allumage dans le taraudage. Généralement, lorsque l'on désire visser convenablement une bougie d'allumage en particulier sur une culasse, il est important que cette bougie d'allumage ne soit pas sur-serrée, ce qui dégrade la bougie d'allumage, ni qu'elle soit sous-serrée, ce qui provoque divers problèmes parmi lesquels, les plus importants sont des fuites de gaz et un risque de cliquetis destructif du moteur par formation d'un point chaud, sur la bougie d'allumage, dû à une mauvais conductibilité thermique. La conductibilité thermique et l'étanchéité sont assurées par un joint qu'il convient d'écraser de manière adéquate en serrant la bougie d'allumage sur la culasse. On entend par manière adéquate que le joint est dans les environs de la limite entre ses états élastique et plastique, le joint étant alors au moins partiellement plastifié. Les paramètres mesurés pour déterminer un tel vissage optimisé sont un couple de serrage ainsi qu'un angle de serrage. Ainsi, pendant des essais préalables à un procédé 2891049 2 industriel de vissage, on mesurera un couple et un angle de serrage sur des prototypes d'essais. Lors de ces mesures, on trace une courbe de serrage en reportant l'angle de serrage en fonction du couple de serrage. Cette courbe permet d'identifier les différentes étapes, représentées par différentes zones sur le graphique de la courbe, constituant un procédé de serrage, c'est-àdire, la zone d'accostage du joint, qui est fait normalement lors d'un pré-vissage, la zone élastique du joint, qui représente l'écrasement du joint dans la mesure où il peut toujours reprendre sa forme initiale, la zone de plastification du joint, zone dans laquelle le joint ne retourne plus à sa forme initiale, la zone de plateau plastique de l'assemblage, une zone dans laquelle au moins le joint est détérioré, et la zone de fusible de l'assemblage. Toutes ces étapes sont caractérisées en ce qu'elles ont une pente spécifique sur la courbe. Un serrage optimisé selon ce procédé est un serrage auquel on aura appliqué un couple correspondant au début de l'étape de plastification, l'étape de plastification correspondant au moment pendant lequel le joint est écrasé de manière irréversible. En effet, durant l'étape de plastification, le joint va se plastifier et perdre toute possibilité de relaxation. Ensuite, pendant l'étape de plateau plastique de l'assemblage, l'assemblage commence à se détériorer, par exemple, au niveau du filetage de la bougie d'allumage ou du taraudage du puits de réception, etc. Ces mesures permettent de tracer une courbe d'écrasement des joints de bougie d'allumage sur presse. Egalement, il est habituel, lors d'une étude préalable, d'effectuer des écrasements de joints sur bougie d'allumage après différents paliers de serrage et ensuite de démonter ces joints pour une étude de métrologie. Néanmoins, l'étude du couple de serrage et de l'angle de serrage reste approximative. En effet ces paramètres ne représentent, ni ne quantifient le serrage de la bougie d'allumage dans un taraudage. Il n'existe aucun moyen de mesure pour vérifier le besoin fonctionnel en effort en tension de serrage, ou force de tenue, lors d'un assemblage d'une bougie d'allumage et de son taraudage. De plus, en général, lors des études d'écrasement de joint, une étape de démontage est nécessaire pour pouvoir effectuer une métrologie. Dans ce contexte, il existe un besoin de réaliser des essais préalables avec acquisitions de différents paramètres, ainsi qu'un besoin d'un moyen permettant d'établir des paramètres avec davantage de précision afin de diminuer les défaillances dues à un mauvais serrage. Ainsi, la présente invention a comme objectif de proposer un procédé qui, typiquement lors d'essais préalables, détermine avec précision les différents paramètres à utiliser, typiquement lors d'une étape industrielle ultérieure. La présente invention a aussi pour but de supprimer l'étape de démontage inhérente à l'étude d'écrasement du 25 joint par métrologie. Un autre but de la présente invention est l'amélioration des connaissances sur l'assemblage des bougies d'allumage. Encore un autre but de la présente invention est de permettre des économies importantes sur les pièces de prototypes, culasse et bougie d'allumage, ainsi qu'une 2891049 4 diminution du nombre d'essais de caractérisation, des gammes de serrage manuel et électrique. A cette fin, le procédé de la présente invention, par ailleurs conforme à la définition générique donnée ci- avant, est essentiellement caractérisé en ce que l'on mesure en outre par un dispositif de mesure de l'effort de tension, pendant le vissage, un effort de tension créé par le vissage de la bougie d'allumage dans le puits de réception. L'effort de tension tel qu'entendu ici représente la force de tenue de la bougie d'allumage dans son taraudage; cet effort a deux composantes: une composante de torsion et une composante de traction. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, on utilisera cet effort de tension mesuré qui assure la tenue de la bougie d'allumage dans le but d'optimiser d'autres paramètres. De préférence, le dispositif de mesure de l'effort de tension sera un capteur de pression, et préférablement ce capteur de pression comprendra une rondelle de force disposée entre la bougie d'allumage, ou un joint de celle-ci, et le puits de réception. De même, pendant l'étape de vissage suivant une étape de pré-vissage, on mesurera de préférence et en outre un déplacement de la bougie d'allumage dans le puits de réception, dans la direction de vissage, via un capteur de déplacement, afin de déterminer l'amplitude de ce déplacement entre une position initiale correspondant au début du vissage et une position finale correspondant à un écrasement du joint généralement supérieur à celui désiré. Un écrasement de joint désiré signifie que ce joint écrasé procure une étanchéité ainsi qu'une conductivité thermique telle que désirée. Il est également considéré comme utile et favorable que les mesures du couple de serrage, de l'angle de serrage, de l'effort de tension (c'est-àdire de tenue mécanique) de l'assemblage voire du déplacement de la bougie d'allumage, soient effectuées simultanément. Ainsi, il est possible de tracer plusieurs courbes de serrage, selon les paramètres mesurés, en temps réel. De plus, selon un autre aspect de la présente invention, on conseil de conduire les étapes suivantes: - mise en place d'un dispositif de mesure dudit effort de tension, - pré-vissage de la bougie d'allumage dans le 15 puits de réception jusqu'au contact avec le dispositif de mesure de l'effort de tension, - mise en place du capteur de déplacement de la bougie d'allumage, dans le puits de réception, - mise à zéro du capteur de déplacement. - - un vissage jusqu'à serrage complet de la bougie d'allumage, avec mesures au moins dudit couple de serrage et de l'effort de tension de l'assemblage. Selon encore un autre aspect de la présente invention, le procédé comprendra en outre, favorablement, une étape pendant laquelle sera déterminé un couple de serrage de référence correspondant à une valeur de l'effort de tension au début de la zone de plastification du joint déterminée par l'enregistrement des mesures de couple et de l'effort de tension lors de l'étape de vissage. 2891049 6 Egalement, selon un aspect de l'invention, on détermine aussi. - un angle de serrage de référence correspondant à une valeur de l'effort de tension située lors d'un début de plastification du joint, par l'enregistrement des mesures d'angle et de l'effort de tension lors de l'étape de vissage - une distance de déplacement de la bougie d'allumage correspondant à un écrasement de référence du joint. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un appareillage pour une prise de mesure suivant un mode de réalisation préféré de la présente invention. - la figure 2 représente des courbes d'évolution du couple de serrage C et de l'effort de tension F d'une bougie d'allumage sur un taraudage, en fonction de l'angle de serrage (a). - la figure 3 représente des courbes d'évolution de l'effort de tension F d'une bougie d'allumage sur un taraudage, en fonction du déplacement D de ladite bougie dans le taraudage. Sur la Figure 1, on voit un dispositif conforme à l'invention. Ce dispositif comprend une bougie d'allumage 1 présentant un épaulement inférieur 9, un joint 2, un dispositif de mesure de l'effort de tension 3 (en l'occurrence une rondelle de force), un capteur de déplacement 4, et une culasse 5 qui possède un puits de réception 6 d'axe la et muni d'un taraudage 7. Lors d'un essai de serrage, une première étape consiste à la mise en place de la rondelle de force 3. Cette rondelle de force 3 est disposée de telle manière qu'elle se situe entre la bougie d'allumage 1, ou son joint 2, et le puits de réception 6. Il est possible de faire un lamage (le plus petit possible) dans le puits de réception 6 afin d'y mettre la rondelle de force 3. Ensuite, on procède à un pré-vissage de la bougie d'allumage 1 dans le taraudage 7, de telle manière que la bougie d'allumage 1 traverse la rondelle de force 3, jusqu'à ce qu'ici elle prenne juste appui sur la face supérieur de la rondelle de force 3 par son épaulement inférieur 9. On peut ensuite commencer le vissage de serrage et la prise simultanée de mesures, à l'aide d'un appareil de vissage électrique, par exemple, jusqu'à serrage complet. Dans le présent mode, avant le vissage, le capteur de déplacement 4 est mis en place de manière à être en contact avec une extrémité de la bougie d'allumage 1 ayant traversé la rondelle de force 3, plus particulièrement avec l'électrode de masse 10. Ce capteur de déplacement 4 permet de déterminer l'amplitude du déplacement de la bougie d'allumage 1 entre une position initiale correspondant au début du vissage de serrage et une position finale correspondant à un écrasement du joint 2. Une fois tous ces éléments en place, le capteur de déplacement 4 est mis à zéro. La figure 1 montre également un moyen de mesure 11 du couple de serrage et de l'angle de serrage qui peut être un moyen de vissage, préférablement une visseuse. La rondelle de force 3 est reliée électriquement à une unité de traitement 31 qui recueille ce signal correspondant à l'effort de tension mesuré. Le couple de serrage et l'angle de serrage mesurés par le moyen de mesure 11, ainsi que l'effort de tension mesuré par la rondelle de force 3 et l'unité de traitement 31, et le déplacement de la bougie d'allumage 1 dans le taraudage 7 mesuré par le capteur de déplacement 4, sont ensuite envoyés dans une base de donnée 50 afin de déterminer des paramètres optimisés. Sur la Figure 2 est représenté un exemple de courbes de serrage qui illustre les mesures effectuées. Sur ce graphique, les courbes G et H, représentent respectivement, en fonction de l'angle de serrage, l'évolution de l'effort de tension (F) et du couple de serrage (C). Ces courbes proviennent des valeurs de la base de données 50. Ainsi, pour un angle de serrage défini, on peut aisément déterminer l'effort de tension ainsi que le couple désiré. On remarque sur ces courbes la présence de trois pentes distinctes avec trois phases de serrage, la première est appelée la zone d'accostage Al du joint 2 qui est une phase préliminaire, la seconde est la zone élastique Bl du joint 2 pendant laquelle le joint 2 est écrasé de manière réversible, et la troisième représente la plastification Cl du joint 2 pendant laquelle le joint 2 est comprimé de manière irréversible. A partir de chaque courbe, on peut déterminer avec précision les valeurs de couple et d'angle de serrage ainsi 2891049 9 que de l'effort de tension optimum correspondant au début de la zone de plastification, plus précisément dans la partie de cette zone adjacente à la zone élastique dans laquelle une reprise élastique du joint 2 est encore possible malgré le début de plastification. Ainsi, on pourra déterminer les valeurs correspondant à un bon transfert thermique (effet plastique) et une bonne étanchéité. Une fois que la gamme de valeurs optimales de couple et d'angle a été déterminée, on donne aux opérateurs d'un procédé industriel cette gamme de valeurs de couple devant être appliquée pour le montage de bougies d'allumage 1 correspondant à la bougie d'allumage 1 ayant fait l'objet de l'essai préalable sur la culasse 5. Cette gamme de valeurs permet un bon positionnement de la gamme de serrage électrique avec des bornes de couple et d'angle de serrage (a), de l'effort de tension et d'écrasement de joint 2. Sur la figure 3 sont représentée des courbes d'évolution du déplacement (D) de la bougie d'allumage 1 dans son taraudage 7 en fonction de l'effort de tension (F). Les courbes correspondent à différents types de joints a, b, c et d. On remarque aisément les différentes zones de serrage sur ces courbes, c'est-à-dire, la zone d'accostage A2, la zone élastique B2, et la zone de plastification C2. On remarquera aussi une zone élasto-plastique de transition D2. Cette zone D2 est due à la nature du joint 2, ici, un joint a ou b, et notamment à un type de forme de joint, en S ou en C. Grâce à un tel graphique, on peut donc supposer qu'un effort de tension (ou force de retenue) de 15 kN est sans doute une valeur adéquate pour un serrage d'un joint 2, mais que, selon le joint 2, cet effort de tension sera atteint pour des déplacements de bougie 1 différents. 10 15 20 25 REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de paramètres de vissage d'une bougie d'allumage (1) dans un puits de réception (6), suivant une direction de vissage (la) ce procédé étant tel que l'on visse la bougie d'allumage (1) et pendant ce vissage, on mesure un couple de serrage de cette bougie (1), caractérisé en ce que l'on mesure en outre par un dispositif de mesure de l'effort de tension, pendant le vissage, un effort de tension créé par le vissage de la bougie d'allumage (1) dans le puits de réception (6). 2. Procédé de détermination de paramètres de vissage selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de mesure de l'effort de tension est un capteur de pression. 3. Procédé de détermination de paramètres de vissage selon la revendication 2, dans lequel le capteur de pression comprend une rondelle de force (3) disposée entre la bougie d'allumage (1) et le puits de réception (6). 4. Procédé de détermination de paramètres de vissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, pendant le vissage, on mesure en outre un déplacement de la bougie d'allumage (1) dans le puits de réception (6) dans la direction de vissage (la). 5. Procédé de détermination de paramètres de vissage selon la revendication 4, dans lequel le déplacement de la bougie d'allumage (1) est mesuré par un capteur de déplacement (4), afin de déterminer l'amplitude de ce déplacement entre une position initiale correspondant au début du vissage et une position finale correspondant à l'écrasement d'un joint (2) disposé entre la bougie d'allumage (1) et le puits de réception (6). 6. Procédé de détermination de paramètres de vissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on mesure également un angle de serrage de la bougie d'allumage (1) dans le puits de réception (6). 7. Procédé de détermination de paramètres de vissage selon les revendications 4 et 6, dans lequel les mesures du couple de serrage, de l'effort de tension, du déplacement de la bougie d'allumage (1) et de l'angle de serrage sont effectuées simultanément. 8. Procédé de détermination de paramètres de vissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes: - une mise en place d'un dispositif de mesure de l'effort de tension, - un pré-vissage de la bougie d'allumage (1) dans le puits de réception (6) jusqu'au contact avec le dispositif de mesure de l'effort de tension, et - un vissage jusqu'à serrage complet de la bougie d'allumage (1), avec mesures au moins dudit couple de serrage et de l'effort de tension de l'assemblage. 9. Procédé de détermination de paramètres de vissage selon les revendication 5 et 8, comprenant, en outre, entre les étape de prévissage et de vissage une étape de mise à zéro du capteur de déplacement (4) de la bougie d'allumage (1), préalablement mis en place. 10. Procédé de détermination de paramètres de vissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre, après l'étape de vissage, une étape de détermination d'un couple de serrage de référence correspondant à une valeur de l'effort de tension lors d'un début de plastification du joint (2) et déterminée par l'enregistrement des mesures de couple et de l'effort de tension lors de l'étape de vissage. 11. Procédé de détermination de paramètres de vissage selon les revendications 6 et 10, comprenant en outre, après l'étape de vissage, une étape de détermination d'un angle de serrage de référence correspondant à une valeur de l'effort de tension lors d'un début de plastification du joint (2) et déterminée par l'enregistrement des mesures d'angle de serrage et de l'effort de tension lors de l'étape de vissage. 12. Procédé de détermination de paramètres de vissage selon la revendication 10 ou 11, comprenant en outre, après l'étape de vissage, une étape de détermination d'une distance de déplacement de référence de la bougie d'allumage (1) suivant ladite direction de vissage (la) correspondant à un écrasement de référence du joint (2).