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FR2930347A1 - Capteur d'acceleration piezoelectrique - Google Patents

Capteur d'acceleration piezoelectrique Download PDF

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FR2930347A1 FR0802422A FR0802422A FR2930347A1 FR 2930347 A1 FR2930347 A1 FR 2930347A1 FR 0802422 A FR0802422 A FR 0802422A FR 0802422 A FR0802422 A FR 0802422A FR 2930347 A1 FR2930347 A1 FR 2930347A1
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Vincent Dian
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Abstract

Capteur d'accélération, comprenant un élément sensible piézoélectrique (1) produisant une différence de potentiel fonction d'une sollicitation mécanique (5) subie par ledit élément sensible piézoélectrique (1), placé en contact mécanique avec un bloc (4) d'un moteur à combustion interne, ledit moteur comprenant au moins un injecteur piézoélectrique comprenant un élément actionneur piézoélectrique (1), l'élément sensible piézoélectrique (1) étant confondu avec ledit élément actionneur piézoélectrique (1).

Description

La présente invention concerne un capteur d'accélération piézoélectrique pour moteur à combustion interne. Dans le domaine des moteurs à combustion interne, il est connu d'utiliser un capteur d'accélération disposé en contact mécanique avec le bloc d'un moteur à combustion interne afin de mesurer une accélération. L'accélération ainsi observée en fonctionnement est indicative des comportements de combustion dudit moteur. L'observation de cette accélération permet ainsi de surveiller la combustion afin de détecter des anomalies telles que ratés de combustion ou phénomènes de cliquetis. Les documents FR 2 860 294, FR 2 715 737, FR 2 851 611, FR 2 851 612 décrivent des exemples de tels capteurs et procédés. De tels capteurs comportent, le plus souvent, un élément sensible piézoélectrique utilisé selon l'effet piézoélectrique direct, à savoir que la sollicitation mécanique subie par ledit élément piézoélectrique sensible, sous l'effet de l'accélération à laquelle il est soumis, produit une différence de potentiel aux bornes de l'élément sensible piézoélectrique, fonction de ladite sollicitation mécanique et donc de l'accélération. Le traitement classique de cette différence de potentiel, au moyen d'une électronique adaptée, connue de l'homme du métier, permet d'obtenir un signal électrique image de l'accélération. Ces capteurs viennent s'ajouter aux autres capteurs déjà présents sur ou 20 autour du moteur, occasionnant ainsi un coût supplémentaire. Le principe de l'invention permet de faire l'économie d'un élément sensible piézoélectrique et d'une partie de son câblage. Les moteurs sont aujourd'hui souvent des moteurs à injection, dans lesquels le carburant est injecté dans les chambres de combustion au moyen d'injecteurs. 25 Ces injecteurs comprennent le plus souvent chacun au moins un élément actionneur piézoélectrique. Cet élément actionneur piézoélectrique, selon un principe connu, fonctionne selon l'effet piézoélectrique inverse, à savoir que l'application d'une différence de potentiel aux bornes de l'élément sensible piézoélectrique provoque une déformation mécanique dudit élément actionneur 30 piézoélectrique. La déformation mécanique de l'actionneur piézoélectrique peut être utilisée pour réaliser un obturateur commandé électriquement ou pour mobiliser un tel obturateur, disposé sur le chemin du carburant. L'élément actionneur piézoélectrique se comporte schématiquement comme une électrovanne et peut être utilisé pour contrôler la quantité de carburant introduite dans le moteur. 35 L'idée de l'invention est de constater que l'élément piézoélectrique actionneur d'un injecteur, lorsqu'il n'est pas actionné pour injecter du carburant, c'est-à-dire en dehors des instants d'injection, est disponible pour constituer un élément sensible piézoélectrique pouvant être utilisé comme capteur d'accélération.
L'invention a pour objet un capteur d'accélération, comprenant un élément sensible piézoélectrique produisant une différence de potentiel fonction d'une sollicitation mécanique subie par ledit élément sensible piézoélectrique, placé en contact mécanique avec un bloc d'un moteur à combustion interne, ledit moteur comprenant au moins un injecteur piézoélectrique comprenant un élément actionneur piézoélectrique, l'élément sensible piézoélectrique se confondant avec ledit élément actionneur piézoélectrique. Selon une autre caractéristique de l'invention, la mesure d'accélération n'est effectuée qu'en absence de commande de l'élément actionneur piézoélectrique.
Selon un autre caractéristique de l'invention, le capteur d'accélération est utilisé pour détecter des défauts de combustion dudit moteur tels que ratés de combustion ou cliquetis. Selon un mode de réalisation avantageux, un moteur comportant au moins deux injecteurs piézoélectriques comprenant deux éléments actionneurs piézoélectriques, un premier élément sensible piézoélectrique se confondant avec le premier élément actionneur piézoélectrique est utilisé comme élément sensible piézoélectrique principal, et un second élément sensible piézoélectrique se confondant avec le second élément actionneur piézoélectrique est utilisé comme élément sensible piézoélectrique redondant, afin de remplacer le premier élément sensible piézoélectrique en cas de défaillance. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec un dessin sur lequel : - la figure 1 présente un schéma de principe de l'invention.
La figure 1 illustre un élément piézoélectrique 1 muni de deux électrodes 2, 3. Ledit élément piézoélectrique 1 est fixé solidairement avec un bâti 4 représentant le bloc moteur ou un accessoire proche de celui-ci et rigidement lié avec lui, tel que par exemple une tubulure d'admission. L'élément piézoélectrique 1 peut se déformer selon une déformation mécanique indiquée par la double flèche 5 et le carré pointillé. L'effet piézoélectrique est double. L'effet piézoélectrique direct transforme une déformation mécanique 5 subie par ledit élément piézoélectrique 1, typiquement sous l'effet d'une accélération à laquelle il est soumis, en une différence de potentiel entre les deux électrodes 2, 3 de l'élément piézoélectrique 1, fonction de ladite déformation mécanique et donc indicative de l'accélération. Cet effet est mis à profit pour réaliser un capteur d'accélération. L'effet piézoélectrique inverse, au contraire, transforme une différence de potentiel appliquée entre les électrodes 2, 3 de l'élément piézoélectrique 1, en une déformation mécanique 5 dudit élément piézoélectrique 1. Cet effet est mis à profit pour réaliser un injecteur de carburant. Afin de réaliser un injecteur, une première unité de commande 6, connectée entre les électrodes 2, 3, est apte à appliquer une différence de potentiel entre les électrodes 2, 3. La déformation 5 de l'élément piézoélectrique commande un obturateur qui autorise le carburant à entrer dans la chambre de combustion du moteur ou dans la tubulure d'injection. Un injecteur piézoélectrique, présent à raison d'au moins un exemplaire par cylindre moteur, est conçu de manière à injecter du carburant uniquement lorsqu'il est appliqué une différence de potentiel entre les électrodes 2, 3 de son élément piézoélectrique 1. Ainsi, en dehors des instants d'injection, aucune différence de potentiel n'est appliquée entre les électrodes 2, 3 par la première unité de commande 6. Les instants d'injection sont limités dans le temps au cours d'un cycle moteur. L'élément piézoélectrique est ainsi libre, ou au repos, pendant une partie majoritaire du cycle moteur. Selon l'invention, durant ces périodes de repos, l'élément piézoélectrique peut être utilisé comme capteur d'accélération. L'élément piézoélectrique 1, lorsqu'il est utilisé pour réaliser un injecteur, est monté entre le bloc moteur 4 et un obturateur (non représenté). L'élément piézoélectrique 1 est ainsi solidaire du bloc moteur 4. L'inertie d'un éventuel obturateur est négligeable devant celle du bloc moteur 4. Ainsi, lorsqu'il est au repos, en l'absence d'une différence de potentiel appliquée entre ses électrodes 2, 3, l'élément piézoélectrique 1 se déforme mécaniquement sous l'effet de l'accélération du bloc moteur 4. II peut ainsi constituer l'élément sensible piézoélectrique 1 d'un capteur d'accélération mesurant l'accélération du bloc moteur 4. L'élément piézoélectrique 1 est ainsi réutilisé pour une fonction capteur d'accélération. Pour cela, une seconde unité de traitement 7 connectée entre les électrodes 2, 3, mesure une différence de potentiel apparaissant entre les électrodes 2, 3, et traite cette différence de potentiel, de manière connue, afin d'obtenir une image de l'accélération du bloc moteur 4. Ainsi un capteur d'accélération partage avec un injecteur un élément piézoélectrique 1, utilisé comme élément sensible par le capteur et comme actionneur par l'injecteur. L'injecteur utilise la première unité de commande 6, tandis que le capteur d'accélération utilise la seconde unité de traitement 7. Une alternance s'effectue dans le temps. Durant les phases d'injection l'unité de commande 6 émet une différence de potentiel pour actionner l'élément piézoélectrique 1. Durant ces phases d'injection, très courtes en proportion du temps de non injection, le capteur est inopérant et la mesure d'accélération est ignorée. En dehors de ces phases, l'unité de traitement 7 peut fonctionner et produire une mesure d'accélération exploitable. La position de l'élément piézoélectrique 1 d'un injecteur, placé sur le bloc moteur 4, sur la culasse, ou sur un autre élément rigidement lié avec le bloc moteur 4, tel une tubulure d'admission à proximité du moteur, permet de mesurer des accélérations indicatives de celles du bloc moteur 4 et donc indicatives des comportements de combustion dudit moteur.
Un capteur d'accélération réalisé selon l'invention en réutilisant un élément piézoélectrique 1 d'un injecteur peut ainsi être avantageusement utilisé dans un dispositif de détection des anomalies de combustion d'un moteur, tel qu'un détecteur de ratés de combustion (misfire en anglais) ou un détecteur de cliquetis. II peut également être utilisé plus généralement pour surveiller le déroulement de la combustion dans le cylindre. On citera à titre d'exemple complémentaire nullement limitatif en soi la surveillance du début effectif de combustion ou bien le diagnostic de combustion afin de calibrer l'injecteur et ainsi optimiser les quantités de carburant injectées et donc de réduire la consommation du moteur à combustion interne.
Un moteur comporte de manière classique au moins un injecteur par cylindre. Il est ainsi avantageusement possible de disposer d'un capteur d'accélération par cylindre du moteur. La détection de cliquetis ou de raté de combustion peut être implantée sur n'importe lequel des cylindres, car le capteur d'accélération monté sur un cylindre donné peut mesurer les accélérations issues de la combustion des autres cylindres, ces combustions étant déphasées. La détection de cliquetis nécessite un unique capteur d'accélération pour un moteur à quatre cylindres ou moins, et deux capteurs d'accélération pour les moteurs comportant plus de quatre cylindres. Le surnombre d'injecteur permet donc de couvrir le besoin en capteur d'accélération et le cas échéant de disposer d'au moins un capteur d'accélération redondant, afin de remplacer le premier capteur d'accélération en cas de défaillance dudit premier capteur d'accélération. L'invention permet ainsi de supprimer un élément piézoélectrique 1 spécifique d'un capteur d'accélération par réutilisation de l'élément piézoélectrique d'un des injecteurs.
De plus il apparaît sur la figure 1 que le câblage de la première unité de commande 6, utilisée pour la fonction injecteur, et le câblage de la seconde unité de traitement 7, utilisée pour la fonction capteur d'accélération, peuvent présenter une importante partie de câblage commune 8 entre l'élément piézoélectrique 1 et le boîtier calculateur 9 dans lequel les deux unités 6, 7 sont disposées.
L'invention permet ainsi de supprimer un câblage spécifique à un capteur d'accélération par réutilisation du câblage commun 8 de l'élément piézoélectrique 1 d'un des injecteurs.

Claims (4)

  1. REVENDICATIONS1. Capteur d'accélération, comprenant un élément sensible piézoélectrique (1) produisant une différence de potentiel fonction d'une sollicitation mécanique (5) subie par ledit élément sensible piézoélectrique (1), placé en contact mécanique avec un bloc (4) d'un moteur à combustion interne, ledit moteur comprenant au moins un injecteur piézoélectrique comprenant un élément actionneur piézoélectrique (1), caractérisé en ce que l'élément sensible piézoélectrique (1) se confond avec ledit élément actionneur piézoélectrique (1).
  2. 2. Capteur d'accélération selon la revendication 1, où la mesure d'accélération n'est effectuée qu'en absence de commande de l'élément actionneur piézoélectrique (1).
  3. 3. Capteur d'accélération selon la revendication 1 ou 2, utilisé pour détecter des défauts de combustion dudit moteur tels que ratés de combustion ou cliquetis.
  4. 4. Capteur d'accélération selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, où le moteur comporte au moins deux injecteurs piézoélectriques comprenant deux éléments actionneurs piézoélectriques (1), un premier élément sensible piézoélectrique (1) se confondant avec le premier élément actionneur piézoélectrique (1) étant utilisé comme élément sensible piézoélectrique principal, et un second élément sensible piézoélectrique (1) se confondant avec le second élément actionneur piézoélectrique (1) étant utilisé comme élément sensible piézoélectrique redondant, afin de remplacer le premier élément sensible piézoélectrique (1) en cas de défaillance.
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