Brevet FR2910633A1 — publié le 20080627

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale l'estimation du taux de gaz dans un liquide. Elle concerne plus particulièrement un procédé d'estimation du taux de gaz dans un liquide qui est contenu dans un dispositif mécanique comprenant au moins deux organes en mouvement s'entrechoquant de façon répétée et interagissant avec ledit liquide, ou au moins deux organes dont les déplacements relatifs produisent un déplacement dudit liquide, ou au moins un organe oscillant induisant une oscillation de pression dans ledit liquide. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour un dispositif mécanique de mise en pression d'huile d'un système de lubrification d'un moteurs à combustion interne. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les dispositifs mécaniques de mise en pression d'huile pour systèmes de lubrification de moteur comportent des organes qui sont mis en mouvement pour mettre l'huile en pression. Le système de lubrification utilise l'huile mise en pression pour lubrifier d'autres organes du moteur. On observe que la circulation de l'huile dans le circuit de lubrification et le long des organes lubrifiés du moteur, provoque une émulsion de l'huile. De l'air, essentiellement, est ainsi introduit dans l'huile, ce qui entraîne une modification de ses caractéristiques physico-chimiques. En particulier, on observe une dégradation des qualités lubrifiantes et d'incompressibilité de l'huile, qui sont nécessaires pour réaliser des butées hydrauliques, ainsi que, par conséquent, une dégradation des performances et de la fiabilité de fonctionnement du dispositif mécanique. II est donc important de déterminer la quantité d'air présente dans l'huile de manière à pouvoir anticiper un dysfonctionnement du dispositif mécanique. A cet effet, plusieurs procédés sont connus pour déterminer la quantité d'air présente dans une huile. Il est connu, par exemple, de mesurer l'évolution de la compressibilité de l'huile ou encore de mesurer l'absorption d'un rayonnement au travers d'un échantillon d'huile. II est également possible de déterminer la quantité de gaz contenu dans l'huile par la mise en oeuvre d'un procédé de diffractométrie, de densimétrie, de volumétrie, de dégazage, ou encore de mesure de la propagation acoustique dans l'huile. Cependant les procédés proposés ci-dessus nécessitent le plus souvent, soit de prélever un échantillon d'huile, soit de réaliser une intrusion dans l'huile. Il en résulte que les mesures réalisées sont difficilement répétables puisqu'elles 2910633 2 dépendent en partie des conditions du prélèvement de l'échantillon d'huile ou des conditions d'intrusion dans l'huile au sein du dispositif mécanique. Enfin, ces solutions sont complexes à mettre en oeuvre et donc coûteuses aussi bien en matériel qu'en main d'oeuvre. Parmi ces solutions, 5 certaines peuvent même être dangereuses pour la personne amenée à manipuler le dispositif mécanique. OBJET DE L'INVENTION La présente invention propose un nouveau procédé d'estimation du taux de gaz dans un liquide qui est simple, fiable et non intrusif. 10 A cet effet, on propose selon l'invention un procédé d'estimation du taux de gaz dans un liquide qui est contenu dans un dispositif mécanique comprenant au moins deux organes en mouvement s'entrechoquant de façon répétée et interagissant avec ledit liquide, ou au moins deux organes dont les déplacements relatifs produisent un déplacement dudit liquide, ou au moins un organe oscillant 15 induisant une oscillation de pression dans ledit liquide, dans lequel il est prévu les étapes suivantes : a) acquisition d'un signal vibro-acoustique émis par ledit ou lesdits organes, b) estimation du taux de gaz dans le liquide à partir des caractéristiques 20 du signal vibro-acoustique acquis. Selon une première caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, lors de l'étape b) on réalise les étapes suivantes : i) filtrage et amplification du signal vibro-acoustique acquis, ii) détermination des fréquences du signal vibro-acoustique, 25 iii) calcul de la densité spectrale de puissance du signal vibro-acoustique en fonction des fréquences d'excitation déterminées, iv) calcul de l'atténuation de la densité spectrale de puissance du signal vibro-acoustique par rapport à la densité spectrale de puissance d'un signal de référence, 30 v) conversion de ladite atténuation en une valeur estimée du taux de gaz contenu dans ledit liquide. Le procédé selon l'invention est non intrusif pour le liquide, c'est-à-dire que le procédé ne nécessite pas d'interaction directe avec le liquide. II en résulte que les mesures effectuées du taux de gaz du liquide sont aisément répétables. 35 Le procédé peut également être mis en oeuvre quelle que soit la complexité du dispositif mécanique puisque, selon ce procédé, on capte un signal généré par les organes du dispositif mécanique, sans qu'il soit besoin d'envoyer 2910633 3 un signal spécifique vers le liquide et sans qu'il soit besoin non plus d'accéder au dispositif mécanique. En outre, contrairement aux procédés nécessitant une interaction directe avec le liquide dans le dispositif mécanique, le procédé selon l'invention ne risque 5 pas d'introduire d'impureté dans le liquide ou de l'altérer. De même, contrairement aux procédés nécessitant un prélèvement du liquide, il n'y a pas de perte de liquide. Enfin, ce procédé est aisé à mettre en oeuvre puisqu'il ne nécessite qu'un matériel peu encombrant et peu coûteux. 10 Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, après l'étape v), la valeur estimée du taux de gaz est affichée sur un écran ou transmise à un dispositif de diagnostic du fonctionnement du dispositif mécanique. Ce dispositif de diagnostic peut-être géré par un ordinateur embarqué dans un véhicule équipé du dispositif mécanique. 15 Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, le signal de référence est le signal obtenu pour le liquide dépourvu de gaz. Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, l'acquisition du signal vibro-acoustique est réalisée au moyen d'un 20 capteur en contact avec ledit organe. Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, l'acquisition du signal vibro-acoustique est réalisée au moyen d'un capteur qui est positionné à distances des organes, soit à l'intérieur du dispositif mécanique, soit à l'extérieur. 25 Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, ledit capteur est un accéléromètre. Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, ledit capteur est un microphone. Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon 30 l'invention, on mesure le taux de gaz d'un liquide qui est mis sous pression, directement ou indirectement, par l'un desdits organes. Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, on mesure le taux de gaz d'un liquide qui commande, directement ou indirectement, le déplacement de l'un desdits organes. 35 Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, on mesure le taux de gaz d'un liquide qui lubrifie l'un desdits organes, ou qui sert de butée hydraulique à un autre desdits organes. 2910633 4 DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. 5 Sur le dessin annexé, la figure unique est une vue schématique d'un appareil, par exemple un moteur à combustion interne, équipé d'un capteur de signaux vibro-acoustiques qui est relié à un système de traitement. En variante, on peut également prévoir que le capteur de signaux vibro-acoustiques soit disposé à proximité du système de traitement. 10 L'appareil 1 représenté schématiquement sur la figure unique contient un dispositif mécanique 11 de mise en pression, ou de régulation de la pression, d'un liquide lubrifiant, tel que de l'huile, pour un système de lubrification de moteur à combustion interne. Ici, ce dispositif mécanique 11 est une pornpe à engrenages. 15 Lors du fonctionnement de la pompe, les engrenages sont entraînés en rotation en engrenant avec leurs voisins de manière à mettre l'huile en pression. Ces engrenages sont entraînés en rotation et engrènent les uns avec les autres de manière périodique. Lorsque les engrenages engrènent les uns avec les autres, il se 20 reproduit de manière répétée des chocs mécaniques ou hydrauliques, qui génèrent un signal vibro-acoustique. Ce signal est caractérisé par ses fréquences principales et secondaires et l'amplitude associée à chacune de ces fréquences. En variante, le dispositif mécanique 11 peut être soit une pompe à palette ou à pistons, soit un clapet de régulation mettant en pression ou régulant la 25 pression d'un liquide de lubrification des organes de l'appareil 1. Dans ces variantes, le signal vibro-acoustique est généré par des variations brusques des volumes de liquide entre deux éléments en déplacement relatif, ou par l'entretien d'une oscillation du volume du liquide considéré du fait d'une ouverture puis d'une fermeture successives et répétées d'un orifice d'évacuation du liquide ou des 30 phénomènes d'ondulation de pression dans le liquide. Quel que soit le dispositif mécanique pris en considération, un événement de type, soit engrènement, soit variation ou déplacement de volume de liquide, se reproduit de manière périodique dans ce dispositif mécanique, ce qui donne naissance au signal vibroacoustique. 35 Avantageusement, selon l'invention, on acquiert ce signal vibroacoustique puis, comme expliqué ci-après, on déduit des caractéristiques de ce signal vibro-acoustique, le taux de gaz, ici essentiellement de l'air, contenu dans 2910633 l'huile. Les valeurs des fréquences principales et secondaires, ainsi que l'amplitude du signal vibro-acoustique dépendent de la quantité d'air contenu dans l'huile. En effet, la présence d'air dans l'huile entraîne une modification des 5 caractéristiques physicochimiques de l'huile, ce qui modifie l'interaction de cette huile avec les engrenages et/ou modifie les caractéristiques vibratoires de l'huile. Les caractéristiques des signaux vibro-acoustiques émis sont alors également modifiées. Un capteur de signaux vibro-acoustiques 2, 12 est positionné à 10 l'extérieur du dispositif mécanique, ici la pompe, clans une région qui reçoit, par transmission de solide ou aérienne, en continu le signal vibro-acoustique émis. En variante, le capteur peut être positionné sur l'un des engrenages ou encore dans une région de la pompe qui reçoit en continu le signal vibro-acoustique émis par les engrenages. 15 Le capteur est conçu de manière à pourvoir délivrer un signal électrique représentatif de l'ensemble du spectre du signal vibro-acoustique émis par les engrenages. Le capteur de signaux vibro-acoustique peut être un accéléromètre 2 ou un microphone 12. On peut en outre prévoir d'utiliser un capteur déjà présent au 20 sein du moteur tel que le capteur dit de détection du phénomène de cliquetis qui sert à détecter des anomalies de combustion. Ce capteur doit alors être disposé et dimensionné de manière à recevoir en continu le signal vibro-acoustiques émis par le dispositif mécanique 11. Ce capteur est relié à un système de traitement 10 de signal et lui 25 délivre, à partir du signal vibro-acoustique acquis, un signal électrique dont l'amplitude est proportionnelle à celle du signal vibro-acoustique et dont l'évolution dans le temps est représentatif des fréquences principales et secondaires du signal vibro-acoustique. Dans la suite de la description, par simplification, on associe le signal vibro-acoustique que le capteur acquiert au signal électrique que 30 ce capteur délivre au système de traitement. Comme représenté sur la figure unique, le système de traitement 10 réalise plusieurs étapes de traitement du signal vibro-acoustique acquis, repérées par les cadres 3 à 8, pour calculer le taux d'aération de l'huile. On définit le taux d'aération de l'huile comme le rapport normalisé du volume d'air contenu dans 35 l'huile sur le volume d'huile correspondant. Selon une première étape (cadre 3), le système de traitement 10 filtre et amplifie le signal vibro-acoustique. Dans une deuxième étape (cadre 4), il 5 2910633 6 mémorise le signal vibro-acoustique ainsi filtré et amplifié, puis, lors d'une troisième étape (cadre 5), le système de traitement 10 calcule la transformée de Fourier de ce signal. On obtient ainsi les fréquences principales et secondaires, ou fréquences d'excitation, des engrenages (ou du liquide considéré dans les 5 variantes de réalisation correspondantes décrites ci-dessus) . L'amplitude du signal vibro-acoustique, à une fréquence d'excitation donnée, dépend du taux d'aération de l'huile. Pour obtenir une grandeur qui reflète l'amplitude d'un signal en fonction de ces fréquences on détermine la densité spectrale de puissance de ce signal. Selon une quatrième étape (cadre 6), le 10 système de traitement 10 calcule alors la densité spectrale de puissance du signal vibroacoustique en fonction des fréquences d'excitation déterminées. Lors d'une cinquième étape (cadre 7), le système de traitement 10 calcule l'atténuation de la densité spectrale de puissance du signal vibroacoustique par rapport à une densité spectrale d'un signal de référence. 15 Le signal de référence correspond à un signal vibro-acoustique obtenu dans les mêmes conditions de fonctionnement de la pompe que pour l'obtention du signal vibro-acoustique acquis par le capteur, mais avec une huile ne contenant aucun gaz. En particulier, le signal de référence est choisi de telle sorte que les fréquences d'excitation du signal issu du capteur et celles du signal référence 20 soient les mêmes. Enfin, selon une sixième étape (cadre 8), un algorithme convertit l'atténuation calculée en une valeur estimée du taux d'air contenu dans l'huile liquide. L'algorithme est conçu pour tenir compte du fait que plus la densité spectrale de puissance du signal vibro-acoustique acquis est atténuée par rapport 25 au signal de référence plus le taux d'aération de l'huile est important. Selon une étape supplémentaire (cadre 9), la valeur du taux d'aération de l'huile déterminée par le système de traitement peut alors être transmise à un calculateur pour établir un diagnostic de la qualité de l'huile ou peut encore être affichée sur un écran pour être lue par l'utilisateur ou le personnel chargé de la 30 maintenance du dispositif mécanique 11. La présente invention n'est nullement lirnitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. En variante, le capteur de signaux vibro-acoustiques peut également être 35 un dispositif holographique. Le procédé selon l'invention peut également être appliqué au cas d'un dispositif mécanique contenant un liquide mis sous pression destiné à stocker de 2910633 7 l'énergie, par exemple pour mettre en mouvement un organe du dispositif mécanique ou pour absorber un effort d'un autre organe. De tels dispositifs mécaniques sont par exemple, des machines de levage, des vérins, des presses, des paliers hydrostatiques, des systèmes de rattrapages de jeux hydrauliques, 5 des systèmes de butées hydrauliques, des machines à transmission automatiques. Pour de telles machines on peut prévoir, en variante, afin de mesurer le taux de gaz de l'huile, d'acquérir les signaux vibro-acoustiques émis par un organe de la machine dont le déplacement est commandé, directement ou indirectement, par cette huile. 10 Pour les dispositifs mécaniques comportant des systèmes de lubrification, on peut prévoir, afin de mesurer le taux de gaz de l'huile, d'acquérir les signaux vibro-acoustiques émis par un organe qui est lubrifié par cette huile. Le procédé selon l'invention peut être également utilisé pour mesurer le taux de gaz d'un liquide servant de palier hydrostatique ou pour mesurer le taux 15 de gaz d'un liquide servant de butée hydraulique, ou pour mesurer le taux de gaz d'un liquide servant au rattrapage de jeu automatique. Le procédé selon l'invention est de manière générale applicable à tous les domaines de l'industrie tels que les transports terrestres, aériens, maritimes, fluviaux et spatiaux. REVENDICATIONS 1. Procédé d'estimation du taux de gaz dans un liquide qui est contenu dans un dispositif mécanique (11) comprenant au moins deux organes en mouvement s'entrechoquant de façon répétée et interagissant avec ledit liquide, ou au moins deux organes dont les déplacements relatifs produisent un déplacement dudit liquide, ou au moins un organe oscillant induisant une oscillation de pression dans ledit liquide, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) acquisition d'un signal vibro-acoustique émis par ledit ou lesdits organes, b) estimation du taux de gaz dans le liquide à partir des caractéristiques du signal vibro-acoustique acquis. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, lors de l'étape b) on réalise les étapes suivantes: i ) filtrage et amplification du signal vibro-acoustique acquis, ii) détermination des fréquences du signal vibro-acoustique, iii) calcul de la densité spectrale de puissance du signal vibro-acoustique en fonction des fréquences d'excitation déterminées, iv) calcul de l'atténuation de la densité spectrale de puissance du signal vibro-acoustique par rapport à la densité spectrale de puissance d'un signal de référence, v) conversion de ladite atténuation en une valeur estimée du taux de gaz contenu dans ledit liquide. 3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'après l'étape v), la valeur estimée du taux de gaz est affichée sur un écran ou transmise à un dispositif de diagnostic du fonctionnement du dispositif mécanique (11). 4. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal de référence est le signal obtenu pour le liquide dépourvu de gaz. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'acquisition du signal vibro-acoustique est réalisée au moyen d'un capteur (2) en contact avec ledit organe. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'acquisition du signal vibro-acoustique est réalisée au moyen d'un capteur (2) qui est positionné à distances des organes, soit à l'intérieur du dispositif mécanique (1), soit à l'extérieur. 2910633 9 7. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ledit capteur (2) est un accéléromètre. 8. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ledit capteur (2) est un microphone. 5 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on mesure le taux de gaz d'un liquide qui est mis en pression, directement ou indirectement, par l'un desdits organes. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on mesure le taux de gaz d'un liquide qui commande, directement ou 10 indirectement, le déplacement de l'un desdits organes. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on mesure le taux de gaz d'un liquide qui lubrifie l'un desdits organes. 12. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes pour mesurer le taux de gaz d'un liquide servant de palier 15 hydrostatique ou pour mesurer le taux de gaz d'un liquide servant de butée hydraulique, ou pour mesurer le taux de gaz d'un liquide servant au rattrapage de jeu automatique