INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Dans un deuxième exemple de réalisation illustré à la , le résonateur opto-mécanique comprend un guide d’onde GO parcourant la périphérie d’une structure centrale SC à laquelle il est relié par des ancrages ANC, ledit guide d’onde GO formant un résonateur optique RO. De plus, l’ensemble est fabriqué dans une matériau piézoélectrique M3. Les ancrages sont disposés sur l’élément support ES. En outre, le guide d’onde GO comprend au moins une partie (de préférence aux moins deux parties) mobile agissant comme une poutre vibrante et venant former un élément mobile EM de la structure SOM selon l’invention. En d’autres termes, l’élément mobile EM est une partie constitutive du guide d’onde GO dans lequel se propage l’onde optique. Ainsi, une déformation de cet élément mobile EM entraîne une déformation et/ou une perturbation des propriétés optiques du guide d’onde GO, réalisant ainsi un couplage opto-mécanique. De préférence, l’élément mobile EM est rectiligne. Dans un mode de réalisation, la largeur du guide d’onde est comprise entre 200 nm et 1000 nm. Dans un mode de réalisation, la longueur du guide d’onde est comprise entre 5 µm et 50 µm. Dans un mode de réalisation, le rayon de courbure de la partir courbée du guide d’onde est comprise entre 5 µm et 50 µm. Dans un mode de réalisation, la largeur de l’élément conducteur EC (mesurée selon l’axe principal du guide d’onde GO au niveau dudit élément conducteur EC) est comprise entre 100 nm et la longueur séparant deux ventres de l’onde mécanique considérée de l’élément mobile EM.
La structure précédente prend généralement des géométries en piste de course (dénommé Racetrack en terminologie anglo-saxonne). C’est par exemple l’approche mise en œuvre par Westwood-Bachman et al. dans « Integrated silicon photonics transduction of even nanomechanical modes in a doubly clamped beam », qui actionne une poutre doublement clampée grâce à une force optique (il n’y a donc pas d’actionnement piézoélectrique comme dans la présente invention). Par ailleurs, la structure selon l’invention comporte deux éléments conducteurs EC : un premier élément conducteur situé au-dessus d’une portion de l’élément mobile EM et un deuxième élément conducteur EC situé au-dessous d’une portion de l’élément mobile EM de sorte à pouvoir actionner l’élément mobile EM. Une telle configuration dans laquelle le déplacement de l’élément mobile EM est vertical par rapport au plan (P) du substrat (donc sensiblement parallèle au champ électrique généré par l’élément conducteur EC) offre en général un meilleur échange d’énergie (couplage electro-mécanique) que la configuration dans laquelle le déplacement est radial (par exemple avec résonateur en mode de galerie présenté précédemment).
Dans un mode de réalisation, l’un au moins des éléments conducteurs EC comprend une pluralité d‘électrodes, lesdites électrodes étant situées, au moins en partie, en regard de l’élément mobile EM. Il est ainsi possible d’actionner sélectivement une harmonique de l’élément mobile EM en positionnant les électrodes de l’élément conducteur EC au-dessus des ventres de l’onde stationnaire de l’élément mobile EM.
Dans un autre mode de réalisation alternatif, les éléments conducteurs EC situés au-dessus et au-dessous de l’élément mobile EM sont des électrodes pleines. De plus, des ancrages sont disposés au niveau des zones de déplacement nul de l’élément mobile EM.
Cristaux phoxoniques
Pour mémoire, les cristaux phoxoniques sont des résonateurs qui se comportent à la fois comme des cristaux photoniques (résonateurs optiques), c’est à dire des structures capables de confiner dans un volume restreint une onde optique, et des cristaux phononiques (résonateurs mécaniques), leur équivalent pour des ondes mécaniques. Le principe de ces cristaux repose sur la localisation, dans un même espace, d’un fort champ optique et d’un champ de déplacement mécanique. En général, ces structures comprennent un motif répété périodiquement dans l’espace, ainsi qu’un défaut artificiel dont l’objectif est de venir piéger les ondes optiques et mécaniques. Ces résonateurs sont bien connus dans le domaine de l’opto-mécanique et ne sont donc pas détaillés ici. Pour plus de détails, le lecteur pourra notamment se référer à l’article Ghorbel et al. 2019, « Optomechanical gigahertz oscillator made of a two photon absorption free piezoelectric III/V semiconductor ».
Dans un troisième exemple de réalisation, le résonateur opto-mécanique est un cristal phoxonique, par exemple une poutre configurée de sorte à former un cristal phoxonique telle qu’illustrée à la . Dans l’exemple de réalisation illustré à la , le résonateur opto-mécanique est réalisé à l’aide d’une « maille bichromatique ». Plus particulièrement, dans ce mode de réalisation, le résonateur opto-mécanique comprend une poutre formant l’élément mobile EM et dans laquelle sont ménagées des ouvertures dans la partie centrale de la poutre et à sa périphérie de sorte à former un résonateur optique RO. De plus, l’espacement entre les ouvertures réalisées sur la partie centrale de la poutre et celles réalisées à sa périphérie est différent de sorte à obtenir un effet de confinement de l’onde mécanique et de l’onde optique. Dans un mode de réalisation, la poutre à une longueur comprise entre 5 µm et 50 µm, les ouvertures internes aménagées dans la poutre au niveau de sa partie centrale pour former le cristal phoxonique ont un rayon compris entre 100 nm et 500 nm, et les ouvertures externes aménagées dans la poutre au niveau de sa périphérie pour former le cristal phoxonique ont un rayon compris entre 50 nm et 200 nm.
La structure SOM selon l’invention présente l’avantage de permettre l’actionnement de ce type de résonateur de manière piézoélectrique en positionnant l’élément conducteur EC situé au-dessus de l’élément mobile EM et/ou l’élément conducteur EC situé au-dessous de l’élément mobile EM au niveau de la zone de déplacement mécanique de ce dernier (c’est-à-dire du cristal phoxonique), par exemple le centre de la poutre. Selon le tenseur piézoélectrique du matériau utilisé, le champ électrique vertical peut alors induire une déformation radiale du résonateur.
Résonateur mécanique et optique découplés mécaniquement
Dans les exemples qui précèdent, il existe un couplage mécanique entre le résonateur optique RO et l’élément mobile EM. Il est cependant possible de réaliser un résonateur opto-mécanique dans lequel le couplage entre l’élément mobile EM (actionné piézoélectriquement) et le résonateur optique RO se fait par le biais d’une onde évanescente, ladite onde provenant du résonateur optique RO et interagissant avec l’élément mobile EM (via le champ électrique associé à ladite onde évanescente). Lorsque l’élément mobile EM et le résonateur optique RO sont une seule et même structure, le ou les éléments conducteurs EC en charge de l’actionnement de l’élément mobile EM peuvent perturber le champ optique, qui est assez proche, et dégrader la lecture.
L’invention, en permettant un couplage indirect (le couplage se fait par l’intermédiaire de l’élément mobile EM) des éléments conducteurs EC chargés de l’actionnement du résonateur optique RO, permet de prévenir les inconvénients énoncés précédemment. Dans cet exemple de réalisation, l’élément mobile EM est nécessairement dans un matériau piézoélectrique afin de permettre un actionnement de ce dernier, mais le résonateur optique RO peut être réalisé dans un matériau différent. Par exemple, la couche dans lequel est réalisé le résonateur opto-mécanique peut comporter deux sous-couches différentes : une sous-couche piézoélectrique (par exemple AlN) dans lequel est réalisé l’élément mobile EM et une sous-couche structurelle (par exemple en Si) qui présente des bonnes propriétés mécaniques et optiques et dans laquelle est réalisé le résonateur optique RO.
Un exemple de réalisation est illustré à la , dans lequel le résonateur opto-mécanique comprend, en plus de l’élément mobile EM (agissant comme un résonateur mécanique), un guide d’onde GO en anneaux formant un résonateur optique RO, la distance séparant l’élément mobile EM du guide d’onde GO étant choisie de sorte à permettre un couplage entre le résonateur optique RO et l’élément mobile EM par l’intermédiaire d’une onde évanescente issue du guide d’onde GO. Un système similaire, mais sans actionnement piézoélectrique, est par exemple décrit dans le document Leoncino et al., « Optomechanical nanoresonator readout with optical downmixing », 2016 IEEE International Frequency Control Symposium (IFCS). Un actionnement piézoélectrique est notamment rendu possible par le fait que, dans la structure SOM selon l’invention, le ou les éléments conducteurs EC d’actionnement ne sont pas disposés au contact de l’élément mobile EM, ce qui évite une absorption de l’onde évanescente.
Géométrie du ou des éléments conducteurs
Le ou les éléments conducteurs EC situés au-dessus de l’élément mobile EM peuvent adopter différentes géométries en fonction des contraintes et des applications.
est une vue de détail d’un linguet d’actionnement d’une soupape de cette culasse ;
est une vue de détail de cette soupape sans son linguet ;
est une vue de détail d’un linguet d’actionnement d’une soupape sur une culasse selon l’invention ; et
est une vue de détail de cette soupape sans son linguet.
Dans l’ensemble du document la mention au-dessus ou supérieur est relative à une culasse présentant son plan de joint avec le carter du moteur qui est posé sur un plan horizontal.
La présente une culasse 2 formée par une fonderie d’alliage d’aluminium, comprenant une rangée de six soupapes d’admission disposée parallèlement à une rangée de six soupapes d’échappement, prévu pour couvrir un moteur à trois cylindres avec quatre soupapes 4 par cylindre. Chaque côté de la culasse 2 comporte une rangée de trois conduits d’admission ou d’échappement 8, reliés chacun à une chambre de combustion.
Une extrémité de la culasse comporte un passage de chaîne de distribution 12 permettant d’entraîner deux arbres à cames non représentés, venant chacun au-dessus d’une rangée de soupapes 6.
Chaque soupape 6 reçoit un linguet 14 allongé suivant une direction perpendiculaire à son arbre à cames, comportant au milieu un galet 16 recevant l’appui d’une came de cet arbre.
Les figures 2 et 3 présentent un linguet allongé 14 formé par matriçage, comportant deux ailes parallèles 22 qui sont reliées à l’extrémité vers l’intérieur de la culasse par une base de pivotement 30, et à l’autre extrémité par une base d’appui de soupape 32. Le linguet 14 reçoit au milieu, entre ses ailes 22, le galet 16 qui est guidé par un axe 26 fixé dans les ailes.
La base de pivotement 30 du linguet 14 comporte par en dessous un creux qui s’ajuste sur un pivot sphérique 34 fixé sur la culasse, une agrafe 36 attachée à la culasse assurant un maintien de cette base. La base d’appui de soupape 32 présente une surface inférieure plate qui prend appui sur l’extrémité de la queue de la soupape 6 pour la descendre en ouvrant la chambre de combustion, sa remontée étant assurée par des ressorts de rappel 20 entourant cette soupape.
Le pivot sphérique 34 est fixé sur un bossage 40 fixé dans la fonderie de la culasse 2, présentant un plan supérieur usiné 42, ce bossage étant sensiblement centré autour du pivot en laissant un espace libre en direction des ressorts de soupapes 20.
On obtient un linguet 14 maintenu par le pivot sphérique 34, qui peut présenter un petit décalage ou basculement sur les côtés suivant les conditions de fonctionnement, entraînant des perturbations du cycle, et des risques de décrochage et de casse du moteur.
Les figures 4 et 5 présentent la culasse 2 comportant un bossage 40 entourant le pivot sphérique 34 qui se prolonge en direction de la soupape 6 par une extension 44 arrivant à proximité de ses ressorts 20.
Le plan supérieur usiné 42 du bossage 40 s’étend sur toute la longueur de son extension 44, en laissant de chaque côté de cette extension deux ailes de guidage 46 formant des butées dépassant vers le haut, présentant leurs deux surfaces en regard qui sont usinées parallèlement à l’axe longitudinal du linguet 14.
L’axe de galet 26 du linguet 14 présente des extrémités lisses perpendiculaires à cet axe, dépassant légèrement de ce linguet, qui sont ajustées avec un jeu minimum entre les deux surfaces d’appui des ailes de guidage 46. En prévoyant de chaque côté du linguet 14 une aile 46 couvrant l’axe de galet 26, on obtient des guidage importants qui imposent un mouvement de ce linguet restant dans un même plan perpendiculaire à l’axe de l’arbre à cames, sans possibilité de mouvement latéral ou d’inclinaison.
Ce guidage précis du linguet 14, formé de manière simple par une extension du moulage de la fonderie de la culasse 2 au niveau de chaque soupape 6, et par un usinage complémentaire des faces intérieures des ailes de guidage 46, évite de plus tout décrochement de ce linguet ainsi que des risques de panne et de casse du moteur thermique.
Pour l’admission en air frais du cylindre 11, la culasse 10B est percée d'un (ou deux) conduit d’admission 16A qui s'étend depuis le répartiteur d’air 25 jusqu'à une ouverture d'admission 15A prévue dans la face inférieure de la culasse, en regard du cylindre 11.
Pour l’échappement des gaz brûlés en dehors du cylindre 11, la culasse 10B est percée d'un (ou deux) conduit d’échappement 16B qui prend naissance dans une ouverture d'échappement 15B prévue dans la face inférieure de la culasse, en regard du cylindre 11, à proximité de l'ouverture d'admission 15A, et qui débouche dans le collecteur d’échappement 81.
Pour réguler les débits d’arrivée d'air frais et de sortie de gaz brûlés dans chaque cylindre 11, la culasse 10B loge des soupapes d’admission 17A et des soupapes d’échappement 17B dont les extrémités évasées obturent les ouvertures d'admission 15A et d'échappement 15B des conduits d'admission 16A d'air frais et d'échappement 16B des gaz brûlés.
Elle loge également des moyens de distribution adaptés à commander en position ces soupapes d’admission 17A et d’échappement 17B, de telle sorte que le moteur à combustion interne fonctionne suivant quatre cycles thermodynamiques appelés cycles d’admission, de compression, d’explosion et d’échappement.
Ces moyens de distribution sont ici du type variable (on parle en anglais de système VVT pour ‘Variable Valve Timing’). Ils permettent ainsi de décaler le moment d’ouverture et/ou de fermeture des soupapes d’admission et/ou d’échappement par rapport au point mort haut (c’est-à-dire par rapport à l’instant où le piston arrive au point le plus haut dans le cylindre 11). Autrement formulé, le calculateur peut faire varier l’instant d’ouverture et/ou de fermeture de l’une au moins des soupapes.
Ces moyens de distribution comprennent par exemple : - deux arbres à cames 18A, 18B qui sont montés mobiles en rotation dans la culasse 10B et qui portent des cames 19A, 19B agencées pour appuyer périodiquement sur les soupapes d’admission 17A et d’échappement 17B de manière que chaque soupape se « lève » régulièrement afin de libérer périodiquement un passage pour l’air frais ou les gaz brûlés via les ouvertures d'admission 15A et d'échappement 15B, - une chaîne de distribution (non représentée) qui solidarise en rotation le vilebrequin 12 à deux pignons respectivement couplés aux deux arbres à cames 18A, 18B, et - des systèmes de contrôle (non représentés) qui permettent de décaler angulairement chacun de ces deux pignons par rapport à l’arbre à cames qui le porte, d’un angle de plusieurs degrés dans un sens ou dans l’autre.
Un tel système de contrôle est bien connu de l’homme du métier et il ne fait pas en propre l’objet de la présente invention. Il ne sera donc pas ici décrit plus en détail.
On retiendra seulement que le déphasage d’un arbre à cames est considéré nul si la fermeture complète des soupapes d’échappement (du cylindre représenté) intervient au moment précis du début de l’ouverture des soupapes d’admission, alors que le piston est au point mort haut entre les cycles d’échappement et d’admission.
Le déphasage, qui se mesure en degrés, correspond à l’angle entre, d’une part, la position angulaire de l’arbre à cames lorsque le piston 14 est au point mort haut entre les cycles d’échappement et d’admission, et, d’autre part, la position angulaire que cet arbre à cames présenterait si le déphasage était nul.
Ce déphasage permet de générer notamment un « phénomène de balayage » en ouvrant les soupapes d’admission 17A alors que les soupapes d’échappement 17B ne sont pas encore fermées (entre les cycles d’échappement et d’admission). Ainsi, des gaz frais circulant dans la ligne d’admission 20 peuvent être envoyés directement dans la ligne d’échappement 80, sans être au préalable brûlés dans le cylindre 11.
Lorsque le moteur est démarré, l'air frais prélevé dans l'atmosphère par la ligne d'admission 20 est filtré par le filtre à air 21, comprimé par le compresseur 22, refroidi par le refroidisseur d'air principal 23, puis brûlé dans les cylindres 11.
A leur sortie des cylindres 11, les gaz brûlés sont détendus dans la turbine 82, traités dans le catalyseur 83, puis détendus à nouveau dans le silencieux d'échappement 87 avant d'être rejetés dans l'atmosphère.
Les arbres à cames 18A, 18B sont alors pilotés de façon que le déphasage reste généralement nul. Toutefois, dans certaines phases de fonctionnement, ce déphasage est ajusté à une valeur non nulle, par exemple pour générer une recirculation des gaz brûlés de l’échappement vers l’admission (on parle d’EGR interne) ou pour profiter du phénomène de balayage.
En pratique, la consigne de déphasage transmise au système de contrôle est déduite du point de fonctionnement du moteur, c’est-à-dire de son régime et de sa charge. Cette consigne est alors qualifiée de « nominale » et est déterminée indépendamment de la quantité d’oxygène stocké dans le catalyseur 83.
Selon l’invention, le calculateur 100 est programmé pour mettre en œuvre un procédé de pilotage du moteur 1, de manière récursive, c’est-à-dire en boucle et à pas de temps réguliers.
Ce procédé de commande comporte plusieurs étapes principales illustrées sur la .
Au cours d’une étape K28, le procédé définit la clé secrète sk du système cryptographique comme l’ensemble constitué: - des entiers a c,i et b k ; - ou de toute information qui permet de les retrouver.
On note sk = {a c,i , b k , g, G, H}
De façon connue, la clé publique pk est supposée connue de tous les dispositifs du système SYS, notamment par le dispositif de chiffrement DC. La clé secrète sk est connue du dispositif de génération de trappe DT et du dispositif de déchiffrement RX.
La représente les principales étapes C22 à C28 d’un procédé de chiffrement conforme à un mode particulier de réalisation.
La procédé de chiffrement permet de chiffrer n’importe quelle chaîne de caractères m = m[1], m[2], …, m[u] dans lequel la taille u de cette chaîne est inférieure ou égale à la taille n maximum des données pouvant être chiffrées et déchiffrées par le système SYS. Les caractères m[i], quel que soit i, sont des éléments de l’alphabet S.
Ce procédé de chiffrement utilise la clé publique pk = {g c,i , h k , g, G, H} pour chiffrer les données.
Au cours d’une étape C22, le procédé de chiffrement sélectionne un entier a entre 0 et p-1.
Au cours d’une étape C24, le procédé de chiffrement calcule, pour tout entier k entre 1 et t, E k = H(h k ^(a)). On rappelle ici que la fonction H prend en entrée n’importe quelle chaîne de bits et à valeur dans un ensemble fini D.
Au cours d’une étape C26, le procédé de chiffrement calcule, pour tout entier i entre 1 et u, C i = g m[i],i ^a.
Au cours d’une étape C28, le procédé de chiffrement obtient le chiffré C constitué de tous les éléments E k et C i. On note C = {E k , C i }. On note que ce chiffré comporte t+u éléments avec : - t : entier choisi faisant partie des paramètres du système ; et - u : taille des données à chiffrer.
Dans le mode de réalisation décrit ici, le procédé de chiffrement est mis en œuvre par le dispositif de chiffrement DC et le dispositif de chiffrement DC envoie le chiffré C au dispositif de déchiffrement RX.
La représente les principales étapes T22 à T26 d’un procédé de génération de trappe conforme à un mode particulier de réalisation.
Le procédé de génération de trappe permet de générer une trappe pour n’importe quel motif w = w[1], w[2], …, w[v] dans lequel la taille v du motif est inférieure ou égale à la taille n maximum des données pouvant être chiffrés et déchiffrés par le système SYS, et w[i], quel que soit i, un élément de l’alphabet S ou un caractère spécial « * ».
Ce procédé utilise la clé secrète sk = {a c,i , b k , g, G, H}
Au cours d’une étape T22, le procédé de génération de trappe sélectionne un entier s entre 1 et t.
Au cours d’une étape T24, le procédé de génération de trappe sélectionne un entier r entre 1 et p-1 et calcule T = b s *(r 1 a w[1],1 + r 2 a w[2],2 +…+ r v a w[v],v ), où : - r i =0 si w[i] est le caractère spécial «* » et - r i = r sinon.
L’étape E1 consiste ainsi à : Déterminer tous les paramètres géométriques et de matériaux de roulement nécessaires à la réalisation d’un calcul d’équilibre, étant un indice entier variant entre et et désignant un desdits paramètres, et Obtenir valeurs pour chacun des paramètres , étant un indice variant de 1 à et désignant une valeur d’un paramètre .
L’homme du métier connait bien les paramètres géométriques, de matériaux et de contrainte résiduelle nécessaires à la réalisation d’un calcul d’équilibre de roulement permettant d’obtenir en sortie les paramètres de pression.
A titre d’exemple, pour une application de roulement à billes, les paramètres géométriques, matériaux et de contrainte résiduelle peuvent comprendre : le nombre de billes, le diamètre nominal de chaque bille, le diamètre moyen du roulement calculé du centre du roulement au centre d’une bille, le jeu diamétral, la courbure de la face radialement externe de la bague interne, la courbure de la face radialement interne de la bague externe du roulement, le régime de rotation de la bague interne.
A titre d’exemple, pour une application de roulement à rouleaux, les paramètres géométriques, de matériaux et de contrainte résiduelle peuvent comprendre : le nombre de rouleaux, le diamètre externe de la partie cylindrique de chaque rouleau, la longueur totale de chaque rouleau, le ou les rayons de raccordement de la partie cylindrique de chaque rouleau au flancs du rouleau, la longueur de la partie cylindrique du rouleau, le diamètre moyen calculé du centre du roulement au centre d’un rouleau, la courbure de la face radialement externe de la bague interne, la courbure de la face radialement interne de la bague externe du roulement, ou encore les modules d’Young, de poisson, les contraintes résiduelles.
Cette étape E1 comprend les sous-étapes suivantes : Détermination de paramètres géométriques, de matériaux et de contrainte résiduelle de roulement nécessaires à la réalisation d’un calcul d’équilibre roulement, étant un indice entier variant entre et , Détermination d’une loi de variation de chacun des paramètres , Génération de valeurs pour chacun des paramètres en utilisant la loi de variation obtenue à l’étape précédente.
L’étape b) ci-dessus est réalisée en collectant N valeurs des paramètres . Ainsi, en relation avec l’exemple donné précédemment d’un taux de défaillance de 10 -7 , pour un paramètre donné tel que par exemple le nombre de billes pour un roulement à billes, il conviendra de collecter au moins N=50000 valeurs distinctes de chaque de nombre de billes.
On comprend ainsi qu’il faudra établir une liste de N valeurs de chacun des paramètres . Les données obtenues peuvent être rangées dans un tableau ayant la forme générale suivante, le tableau étant également exemplifié pour un roulement à billes :
(ex : 1 représente le nombre de billes) … … (ex : S représente le diamètre nominal de chaque bille) … … (ex:N=50000)
L’étape E2 consiste ainsi à : Déterminer paramètres moteur nécessaires à la réalisation d’un calcul d’équilibre roulement, étant un indice entier variant entre 1 et et désignant un desdits R paramètres, et Obtenir valeurs pour chacun des paramètres , étant un indice variant de 1 à et désignant une valeur d’un paramètre .