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WO2006108939A2 - Bougie de préchauffage à capteur de pression intégré et corps d'une telle bougie de préchauffage - Google Patents

Bougie de préchauffage à capteur de pression intégré et corps d'une telle bougie de préchauffage Download PDF

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Publication number
WO2006108939A2
WO2006108939A2 PCT/FR2006/000689 FR2006000689W WO2006108939A2 WO 2006108939 A2 WO2006108939 A2 WO 2006108939A2 FR 2006000689 W FR2006000689 W FR 2006000689W WO 2006108939 A2 WO2006108939 A2 WO 2006108939A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
glow plug
zone
candle
finger
pressure sensor
Prior art date
Application number
PCT/FR2006/000689
Other languages
English (en)
Other versions
WO2006108939A3 (fr
Inventor
Alain Ramond
John Burrows
Sandro Goretti
Cyrille Patri
Laura Beretta
Original Assignee
Siemens Vdo Automotive
Federal-Mogul Ignition Srl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Vdo Automotive, Federal-Mogul Ignition Srl filed Critical Siemens Vdo Automotive
Priority to CN2006800119739A priority Critical patent/CN101166960B/zh
Priority to JP2008505922A priority patent/JP5339898B2/ja
Priority to KR1020077026080A priority patent/KR101321494B1/ko
Priority to US11/918,365 priority patent/US8505511B2/en
Publication of WO2006108939A2 publication Critical patent/WO2006108939A2/fr
Publication of WO2006108939A3 publication Critical patent/WO2006108939A3/fr

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P19/00—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition
    • F02P19/02—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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    • F02P19/02—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs
    • F02P19/028—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs the glow plug being combined with or used as a sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
    • F23Q2007/002—Glowing plugs for internal-combustion engines with sensing means

Definitions

  • the present invention relates to a glow plug with integrated pressure sensor and a body of such a glow plug.
  • each cylinder comprises a glow plug which enables the inside of the corresponding combustion chamber to be heated, in particular when the engine is started.
  • This glow plug is disposed in a threaded bore that passes through the engine head.
  • This glow plug then comprises a threaded body adapted to be mounted in the corresponding bore of the cylinder head and a finger in which is housed a preheating electrode.
  • the pressure sensor of such candles Preheating is also subject to external vibrations. Constraints in the head of the cylinder head can also come to disturb the measurements made by the pressure sensor of such a glow plug.
  • Candles of the prior art thus have the disadvantage of requiring precise mechanical adjustment during assembly, which results in a high cost.
  • parasitic forces disturb the measurement made by the pressure sensor.
  • the object of the present invention is therefore to provide means making it possible to better measure the pressure prevailing inside a cylinder of an internal combustion engine without being influenced in particular by the deformations and stresses in the cylinder head, the forces due to expansion and temperature variations, etc. ....
  • the pressure measurement must also be carried out in a hostile environment (high temperatures, high pressures, presence of particles, etc %) while being reliable.
  • the invention proposes a glow plug comprising:
  • tubular body having at one end at one of its ends a candle head and secondly a fixing zone having means enabling it to be fixed in a bore
  • the present invention provides that the finger is attached to the candle body so as to be secured thereto in a connection zone, that the candle body has between its finger connection zone and its zone fixing in a bore a resiliently deformable portion such that said connecting zone is movable and can move longitudinally with respect to the attachment zone in a supposedly fixed bore, and that the pressure sensor is disposed between on the one hand an element secured to the connecting zone and on the other hand a fixed element of the candle.
  • the elastically deformable part acts as a membrane which dissociates the body of the candle into two parts, a fixed part intended to be mounted in a head of the cylinder head and a movable part subjected to the pressure prevailing in a cylinder of the corresponding engine.
  • This membrane can be deformed and the moving part moves longitudinally.
  • This movement which is a function of the pressure, is then transmitted to the pressure sensor which can thus give an indication of the pressure exerted on the finger of the candle. Thanks to this new design, the measurement of the pressure sensor is no longer disturbed by parasitic vibrations or stress forces due for example to the tightening of the glow plug in the corresponding cylinder head.
  • the movement of the membrane is not affected by the constraints in the head of the cylinder head or in the rest of the body of the candle.
  • the elastically deformable portion is an annular zone extending in a plane transverse to the body of the candle. In this way, temperature variations, which cause expansion of the elastically deformable portion, do not influence the longitudinal movement of the movable portion of the glow plug.
  • the elastically deformable portion may for example be obtained by thinning material.
  • a compact embodiment of a glow plug according to the invention is an embodiment in which the tubular body has on its outer surface a sealing cone for sealing between the glow plug and a head of yoke, and in which the elastically deformable portion is close to said sealing cone.
  • the mounting of the pressure sensor is such that this sensor is mounted between on the one hand a fixed support part with respect to the attachment zone and on the other hand a part integral with the finger, mobile with the linking area.
  • the integral part of the aforementioned finger is for example a ring welded to the core. It could still be for example a nut screwed to the core, possibly held by a locknut.
  • a piezoelectric sensor is particularly well suited to serve as a pressure sensor in a glow plug according to the invention.
  • the pressure sensor is preferably arranged in the tubular body at the level of the zone fixing the candle in a bore. The sensor can then be very close to the cylinder, which is favorable to achieve a good measure of pressure.
  • the present invention also relates to a glow plug body having on one hand at one of its ends a spark plug head and secondly a fastening zone having means for fixing it in a bore, characterized in that it has between its zone of connection with the finger and its zone of attachment in a bore an elastically deformable portion such that said connection zone is movable and can move longitudinally with respect to the fixing zone in a supposedly fixed bore .
  • the elastically deformable portion is preferably an annular zone extending in a plane transverse to the body of the candle.
  • the present invention relates to an internal combustion engine, in particular diesel type engine, which comprises a glow plug as described above.
  • FIG. 1 is an external view of a candle according to the invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the lower part of the pressure sensor of FIG. 1, and
  • Figure 3 is a detailed view of a membrane of a glow plug according to the invention and its pressure sensor.
  • FIGS. 1 and 2 show a glow plug comprising, in a manner known to those skilled in the art, a body 2, a finger 4, a core 6 and a pressure sensor 8.
  • the body 2 is tubular in shape and has several circular cylindrical segments.
  • the candle body At a first end, referred to as the candle head 10, the candle body has a gripping zone with an outer surface of hexagonal cross-section. This gripping zone is used for the assembly and disassembly of the glow plug by screwing / unscrewing.
  • a threaded zone 12 adjacent to the candle head 10, is provided.
  • a corresponding tapping is provided in a cylinder head of an engine to cooperate with the threaded zone 12.
  • the candle body 2 bears the finger
  • This finger is intended to take place in a combustion chamber of the corresponding engine.
  • This finger 4 forms the heating element of the glow plug.
  • the finger 4 is a ceramic finger.
  • This type of finger is known to those skilled in the art and is not described in more detail here. It allows to have a heating element of reduced size.
  • This finger 4 is supplied with electric current by the core 6 which passes through the entire body 2 of the candle.
  • a connection (not shown) is provided to allow the core 6 to be connected to a source of electrical power.
  • the end of the candle body 2, opposite the candle head, carries the finger 4. This end is a circular cylindrical section whose inner diameter is adapted to the outside diameter of the finger 4.
  • the attachment of the finger 4 to the end 16 of the body 2 candle is made for example by soldering.
  • Brazing can be carried out over the entire height of the end 16 whose diameter is adapted to the diameter of the finger 4.
  • the soldering makes it possible to make the finger 4 integral with the end 16 of the candle body 2.
  • Other techniques could be used here to secure the finger 4 to the end 16 of the body 2.
  • the lower part of the body 2 of candle comprising the end 16 is made of a suitable material .
  • This material preferably has a coefficient of expansion close to that of the ceramic used for producing the finger 4.
  • the body 2 candle can be an assembly of several parts. In FIG. 3, it can be seen that the body 2 represented has a junction plane corresponding to the assembly of two pieces welded to each other to form the body 2.
  • the end 16 of the candle body 2 forms a connecting zone between the candle body 2 and the finger 4.
  • This connecting zone is connected to the rest of the candle body 2 by a portion of the elastically deformable body, this elastic portion being hereafter called membrane 18.
  • the coupling 16 end to the rest of the body 2 of candle is made, through the membrane 18, to level of the sealing cone 14.
  • the membrane 18 is in the form of an annular washer disposed in a plane perpendicular to the axis of the body 2 candle.
  • the thickness of the membrane (measured longitudinally) is for example of the order of 0.3 mm. This thickness is less than the thickness of the wall of the body 2. The latter thickness may be for example between 0.5 mm and 1 mm.
  • the width of this membrane 18 is of the order of 0.5 mm. In this numerical example, this means that the difference between the outer radius of the membrane 18 and the inner radius thereof is 0.5 mm.
  • the outer edge of large diameter of the membrane 18 is connected to the sealing cone 14.
  • the portion of the body 2 candle located between the sealing cone 14 and the threaded zone 12 is a rigid zone.
  • This zone is mounted in the corresponding bolt head and is assumed to be fixed.
  • the membrane 18 flexes and the finger 4, as well as the end 16 of the body 2, move longitudinally. There is thus on one side of the diaphragm 18 a supposed fixed area of the candle body 2 and on the other hand a movable area.
  • the membrane 18 thus makes a decoupling between these two zones.
  • pressure is exerted inside the corresponding cylinder, this pressure exerts on the finger 4 a force tending to return it into the body 2 of candle.
  • the measurement of this pressure is performed by the pressure sensor 8. It is a piezoelectric sensor.
  • the pressure sensor 8 is mounted between on the one hand a fixed part, integral with the immobile part of the candle body 2, and on the other hand a movable part, integral with the finger 4.
  • the fixed part is called thereafter interface 20. It is a tubular element of circular cylindrical shape. Its shape and its dimensions are adapted to be able to be housed inside the tubular body 2 and on the other hand to allow the passage to the core 6.
  • This interface 20 takes place in the body 2 of candle just at The piece is thus very close to the finger 4.
  • a seat 22 is provided in the inner surface of the body 2 of candle to receive the interface 20.
  • the pressure sensor 8 takes place on the interface 20, that is to say say on the side of the candle head 10.
  • an electrically insulating element 24 is disposed between the interface 20 and the piezoelectric sensor 8.
  • This sensor comprises a piezoelectric element 26 arranged between two contact elements 28 of material electricity conductor.
  • Each of these contact elements 28 is provided with a connection grid (generally known by the English name "lead frame") overmolded in the form of a portion of a cylinder.
  • connection grids are not shown in the drawings. Here we can also provide more conventional connection tabs.
  • the pressure sensor 8 is the moving part mentioned above.
  • This is a ring 30.
  • the latter is electrically isolated from the pressure sensor 8 also via an electrically insulating element 24.
  • the ring 30 is welded to the core 6, for example by laser welding .
  • the pressure sensor is arranged to be very close to the combustion chamber. It is very close to the finger 4. In this way, the mounting of the sensor is simplified. The measurement made by this sensor is all the more precise.
  • the pressure sensor is located inside the head of the cylinder head. Compared to the glow plug, it is located at the attachment zone (between the sealing cone 14 and the threaded zone 12) in which is formed the connection between the glow plug and the head of the cylinder head.
  • the pressure sensor 8 of the glow plug described above is insensitive to the stresses in the head of the cylinder head. These various constraints do not therefore influence the measurement made by this sensor.
  • the pressure sensor is also isolated from particles and other impurities in the corresponding combustion chamber.
  • the connection between the end 16 and the finger 4 is perfectly sealed and therefore prevents migration of particles to the pressure sensor.
  • the membrane 18 is preferably placed in a plane transverse to the body 2 of the candle.
  • the moving set, including the finger 4 can then move up and down (it is assumed here the candle in the vertical position, the head of the candle is at the top) depending on the pressure in the corresponding cylinder and exerted on the finger 4. This displacement of the membrane is transmitted to the piezoelectric element 26 via the core 6 of the candle.
  • the interface 20 is very close to the finger 4. However, an interval exists between these two parts. This interval is sufficient not to hinder the movements of the finger 4. An interval is then provided between the finger 4 and the interface 20 much greater than the amplitude of the movement of the finger 4.
  • the pressure measurement performed is independent of the temperature.
  • the membrane 18 an alloy whose elasticity does not vary in the temperature ranges to which the membrane is subjected.
  • the piezoelectric element 26 is chosen so that its sensitivity is independent of the temperature.
  • the piezoelectric element 26 is for example in the form of a single crystal.
  • polycrystals having a high Curie temperature for example greater than 500 ° C.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above and the variants mentioned. It also relates to all embodiments within the reach of the skilled person.
  • the pressure sensor is located very close to the finger forming the heating element of the glow plug. It would not be outside the scope of the invention by moving the pressure sensor away from this finger.
  • the pressure sensor described is a piezoelectric sensor mounted in prestressing. Another embodiment, where the piezoelectric element works for example in compression, is also conceivable.
  • the membrane described is preferably obtained by thinning material. However, if the wall of the body of the candle is relatively thin, a zone of elastic deformation, allowing longitudinal movement, can be obtained without thinning. An appropriate form of the body of the candle makes it possible to obtain this membrane.
  • the position of the elastically deformable membrane may be different from that described above.
  • the preferred embodiment described allows a compact construction of the glow plug. In some cases, a less compact design may be considered.

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Abstract

Une bougie de préchauffage telle que proposée ici comporte : un corps (2) tubulaire présentant à l'une de ses extrémités une tête de bougie (10) ainsi qu'une zone de fixation 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 (10), et solidaire à ce corps (2) dans une zone de liaison (16), une partie déformable élastiquement (18), située entre la zone de liaison (16) avec le doigt (4) et la zone de fixation du corps (2) de bougie, et de telle sorte que ladite zone de liaison (16) est mobile et peut se déplacer longitudinalement par rapport à la zone de fixation supposée fixe, et un capteur de pression (8) disposé entre un élément (30) solidaire de la zone de liaison (16) et un élément fixe (20) de la bougie.

Description

Bougie de préchauffage à capteur de pression intégré et corps d'une telle bougie de préchauffage
La présente invention concerne une bougie de préchauffage à capteur de pression intégré ainsi qu'un corps d'une telle bougie de préchauffage.
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 Ia valeur de la pression à l'intérieur de chaque cylindre permettait de mieux contrôler le déroulement de la combustion au cœur 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 des moyens permettant de mesurer au mieux la pression régnant à l'intérieur d'un cylindre d'un moteur à combustion interne sans être influencé notamment par les déformations et contraintes dans la tête de culasse, les forces dues à la dilatation et aux variations de température, etc.... La mesure de pression doit également s'effectuer dans un milieu hostile (hautes températures, fortes pressions, présence de particules, etc...) tout en étant fiable.
A cet effet, l'invention propose une bougie de préchauffage comportant :
- un corps tubulaire présentant d'une part à l'une de ses extrémités une tête de bougie et d'autre part une zone de fixation présentant des moyens permettant 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.
Pour une telle bougie, la présente invention prévoit que le doigt est fixé au corps de bougie de manière à être solidaire de celui-ci dans une zone de liaison, que le corps de bougie présente entre sa zone de liaison avec le doigt et sa zone de fixation dans un alésage une partie déformable élastiquement de telle sorte que ladite zone de liaison est mobile et peut se déplacer longitudinalement par rapport à la zone de fixation dans un alésage supposée fixe, et que le capteur de pression est disposé entre d'une part un élément solidaire de la zone de liaison et d'autre part un élément fixe de la bougie.
De cette manière, la partie déformable élastiquement agit comme une membrane qui dissocie le corps de la bougie en deux parties, une partie fixe destinée à être montée dans une tête de culasse et une partie mobile soumise à la pression régnant dans un cylindre du moteur correspondant. Cette membrane peut se déformer et la partie mobile se déplace longitudinalement. Ce mouvement, qui est une fonction de la pression, est alors transmis au capteur de pression qui peut ainsi donner une indication sur la pression exercée sur le doigt de la bougie. Grâce à cette nouvelle conception, 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 Ia culasse correspondante. En effet, le mouvement de la membrane n'est pas affecté par les contraintes régnant dans la tête de culasse ou dans le reste du corps de la bougie. Une forme de réalisation préférée prévoit que la partie déformable élastiquement est une zone annulaire s'étendant dans un plan transversal au corps de la bougie. De cette manière, des variations de température, qui entraînent une dilatation de la partie élastiquement déformable, n'influent pas sur le mouvement longitudinal de la partie mobile de la bougie de préchauffage. Dans une bougie de préchauffage selon l'invention, la partie déformable élastiquement peut être par exemple obtenue par amincissement de matière.
Une forme de réalisation compacte d'une bougie de préchauffage selon l'invention est une forme de réalisation dans laquelle le corps tubulaire présente sur sa surface extérieure un cône d'étanchéité destiné à réaliser l'étanchéité entre la bougie de préchauffage et une tête de culasse, et dans laquelle la partie déformable élastiquement est voisine dudit cône d'étanchéité.
Dans une variante de réalisation de l'invention, le montage du capteur de pression est tel que ce capteur est monté entre d'une part une pièce d'appui fixe par rapport à la zone de fixation et d'autre part une pièce solidaire du doigt, mobile avec la zone de liaison. Dans cette variante, on peut prévoir aussi que la pièce d'appui fixe est située entre la partie déformable élastiquement et le capteur de pression, et que la pièce solidaire du doigt est fixée sur une âme alimentant le doigt en énergie en étant précontrainte sur le capteur. La pièce solidaire du doigt précitée est par exemple une bague soudée sur l'âme. Il pourrait encore s'agir par exemple d'un écrou vissé sur l'âme, maintenu éventuellement par un contre-écrou. Un capteur piézo-électrique est particulièrement bien adapté pour servir de capteur de pression dans une bougie de préchauffage selon l'invention.
Dans une bougie de préchauffage selon l'invention, le capteur de pression est de préférence disposé dans le corps tubulaire au niveau de la zone de fixation de la bougie dans un alésage. Le capteur peut alors être très près du cylindre, ce qui est favorable pour réaliser une bonne mesure de pression.
La présente invention concerne également un corps de bougie de préchauffage présentant d'une part à l'une de ses extrémités une tête de bougie et d'autre part une zone de fixation présentant des moyens permettant sa fixation dans un alésage, caractérisé en ce qu'il présente entre sa zone de liaison avec le doigt et sa zone de fixation dans un alésage une partie déformable élastiquement de telle sorte que ladite zone de liaison est mobile et peut se déplacer longitudinalement par rapport à la zone de fixation dans un alésage supposée fixe. Dans un tel corps de bougie de préchauffage, la partie déformable élastiquement est de préférence une zone annulaire s'étendant dans un plan transversal au corps de la bougie.
La présente invention concerne enfin 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 est une vue extérieure d'une bougie selon l'invention, La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la partie inférieure du capteur de pression de la figure 1 , et
La figure 3 est une vue de détail d'une membrane d'une bougie de préchauffage selon l'invention et de son capteur de pression.
Sur les figures 1 et 2, on reconnaît une bougie de préchauffage comportant de manière connue de l'homme du métier un corps 2, un doigt 4, une âme 6 et un capteur de pression 8.
Le corps 2 est de forme tubulaire et présente plusieurs segments cylindriques circulaires. A une première extrémité, appelée tête de bougie 10, le corps de bougie présente une zone de préhension avec une surface extérieure de section transversale hexagonale. Cette zone de préhension est utilisée pour le montage et démontage.de la bougie de préchauffage par vissage/dévissage. Pour réaliser ce montage, une zone filetée 12, adjacente à la tête de bougie 10, est prévue. Un taraudage correspondant est prévu dans une tête de culasse d'un moteur pour coopérer avec la zone filetée 12. Afin de parfaire l'étanchéité entre la tête de culasse et la bougie de préchauffage, il est également prévu de réaliser sur le corps 2 un cône d'étanchéité 14. Ce cône vient coopérer avec une surface conique complémentaire réalisée dans la tête de culasse et assure par ajustement de formes une excellente étanchéité entre les deux pièces. Du côté opposé à la tête de bougie, le corps 2 de bougie porte le doigt
4 de celle-ci. Ce doigt est destiné à prendre place dans une chambre de combustion du moteur correspondant. Ce doigt 4 forme l'élément chauffant de la bougie de préchauffage.
De préférence, comme représenté aux dessins, le doigt 4 est un doigt en céramique. Ce type de doigt est connu de l'homme du métier et n'est pas décrit plus en détail ici. Il permet d'avoir un élément chauffant de taille réduite. Ce doigt 4 est alimenté en courant électrique par l'âme 6 qui traverse tout le corps 2 de la bougie. Au niveau de la tête de bougie 10, une connexion (non représentée) est prévue afin de permettre de relier l'âme 6 à une source de courant électrique. L'extrémité du corps 2 de bougie, opposée à la tête de bougie, porte le doigt 4. Cette extrémité est une zone de section cylindrique circulaire dont le diamètre intérieur est adapté au diamètre extérieur du doigt 4. La fixation du doigt 4 sur l'extrémité 16 du corps 2 de bougie est réalisée par exemple par brasage. Le brasage peut être réalisé sur toute la hauteur de l'extrémité 16 dont le diamètre est adapté au diamètre du doigt 4. Le brasage permet de rendre le doigt 4 solidaire de l'extrémité 16 du corps 2 de bougie. D'autres techniques pourraient être utilisées ici pour solidariser le doigt 4 à l'extrémité 16 du corps 2. Pour favoriser le brasage, on peut prévoir que la partie inférieure du corps 2 de bougie comprenant l'extrémité 16 est réalisée dans un matériau adapté. Ce matériau présente de préférence un coefficient de dilation proche de celui de la céramique utilisée pour la réalisation du doigt 4. Ainsi, le corps 2 de bougie peut être un assemblage de plusieurs pièces. Sur la figure 3, on remarque que le corps 2 représenté comporte un plan de jonction correspondant à l'assemblage de deux pièces soudées l'une à l'autre pour former le corps 2. L'extrémité 16 du corps 2 de bougie forme une zone de liaison entre le corps 2 de bougie et le doigt 4. Cette zone de liaison est raccordée au reste du corps 2 de bougie par une partie du corps déformable élastiquement, cette partie élastique étant appelée par la suite membrane 18. Le raccord de l'extrémité 16 au reste du corps 2 de bougie est réalisé, par l'intermédiaire de la membrane 18, au niveau du cône d'étanchéité 14.
La membrane 18 se présente sous la forme d'une rondelle annulaire disposée dans un plan perpendiculaire à l'axe du corps 2 de bougie. L'épaisseur de la membrane (mesurée longitudinalement) est par exemple de l'ordre de 0,3 mm. Cette épaisseur est moindre que l'épaisseur de la paroi du corps 2. Cette dernière épaisseur peut être par exemple comprise entre 0,5 mm et 1 mm. La largeur de cette membrane 18 est de l'ordre de 0,5 mm. Dans cet exemple numérique, cela signifie que la différence entre le rayon extérieur de la membrane 18 et le rayon intérieur de celle-ci est de 0,5 mm. Comme on peut le constater sur la figure 3, le bord extérieur de grand diamètre de la membrane 18 se raccorde au cône d'étanchéité 14. La partie du corps 2 de bougie se trouvant entre ce cône d'étanchéité 14 et la zone filetée 12, incluant cette zone filetée, est une zone rigide. Cette zone est montée dans la tête de culasse correspondante et on suppose qu'elle est fixe. Lorsque des efforts axiaux sont exercés sur le doigt 4, la membrane 18 fléchit et le doigt 4, de même que l'extrémité 16 du corps 2, se déplacent longitudinalement. On trouve ainsi d'un côté de la membrane 18 une zone supposée fixe du corps 2 de bougie et d'un autre côté une zone mobile. La membrane 18 réalise ainsi un découplage entre ces deux zones. Lorsqu'une pression est exercée 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 mesure de cette pression est effectuée par la capteur de pression 8. Il s'agit d'un capteur piézo-électrique.
Le capteur de pression 8 est monté entre d'une part une pièce fixe, solidaire de la partie immobile du corps 2 de bougie, et d'autre part une pièce mobile, solidaire du doigt 4.
La pièce fixe est appelée par la suite interface 20. Il s'agit d'un élément tubulaire de forme cylindrique circulaire. Sa forme et ses dimensions sont adaptées pour d'une part pouvoir être logé à l'intérieur du corps 2 tubulaire et d'autre part laisser le passage à l'âme 6. Cet interface 20 prend place dans le corps 2 de bougie juste au dessus du cône d'étanchéité 14. Cette pièce est donc très proche du doigt 4. Un siège 22 est prévu dans la surface intérieure du corps 2 de bougie pour recevoir l'interface 20.
Le capteur de pression 8 vient prendre place sur l'interface 20, c'est-à- dire du côté de la tête de bougie 10. De façon classique, un élément électriquement isolant 24 est disposé entre l'interface 20 et le capteur piézoélectrique 8. Ce capteur comprend un élément piézo-électrique 26 disposé entre deux éléments de contact 28 en matériau conducteur d'électricité. Chacun de ces éléments de contact 28 est muni d'une grille de connexion (connue généralement sous le nom anglais "lead frame") surmoulée en forme de portion de cylindre. Ces grilles de connexion ne sont pas représentées aux dessins. On peut ici aussi prévoir des pattes de connexion plus classiques.
Au dessus du capteur de pression 8 se trouve la pièce mobile évoquée ci-dessus. Il s'agit ici d'une bague 30. Cette dernière est isolée électriquement du capteur de pression 8 également par l'intermédiaire d'un élément électriquement isolant 24. La bague 30 est soudée sur l'âme 6, par exemple par soudure laser.
A l'état de repos, lorsqu'aucune pression n'est exercée sur le doigt 4, le capteur de pression 8 est sous contrainte. Lorsqu'une pression est exercée sur le doigt 4, la contrainte au niveau du capteur de pression diminue et ce capteur de pression 8 mesure cette variation de contrainte.
Comme on peut le remarquer, le capteur de pression est disposé de manière à être très proche de la chambre de combustion. Il se trouve très près du doigt 4. De cette manière, le montage du capteur est simplifié. La mesure faite par ce capteur en est d'autant plus précise. Lorsque la bougie de préchauffage est montée dans un moteur, le capteur de pression se trouve à l'intérieur de la tête de culasse. Par rapport à la bougie de préchauffage, il se trouve au niveau de la zone de fixation (entre le cône d'étanchéité 14 et la zone filetée 12) dans laquelle est réalisée la liaison entre la bougie de préchauffage et la tête de culasse. 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.
Comme indiqué plus haut, la membrane 18 est placée de préférence dans un plan transversal par rapport au corps 2 de la bougie. L'ensemble mobile, comprenant notamment le doigt 4, peut alors se déplacer de haut en bas (on suppose ici la bougie en position verticale, la tête de la bougie se trouvant en haut) en fonction de la pression régnant dans le cylindre correspondant et s'exerçant sur le doigt 4. Ce déplacement de la membrane est transmis à l'élément piézo-électrique 26 par l'intermédiaire de l'âme 6 de la bougie.
Dans la forme de réalisation représentée, l'interface 20 est très proche du doigt 4. Toutefois, un intervalle existe entre ces deux pièces. Cet intervalle est suffisant pour ne pas gêner les mouvements du doigt 4. On prévoit alors un intervalle entre le doigt 4 et l'interface 20 bien supérieur à l'amplitude du mouvement du doigt 4.
De préférence, la mesure de pression effectuée est indépendante de la température. Pour ce faire, on choisit de préférence pour réaliser la membrane 18 un alliage dont l'élasticité ne varie pas dans les plages de température auxquelles la membrane est soumise. De même, l'élément piézo-électrique 26 est choisi de telle sorte que sa sensibilité est indépendante de la température. Pour résister aux températures relativement élevées à laquelle le capteur de pression est soumis, l'élément piézoélectrique 26 se présente par exemple sous la forme d'un monocristal. Il est toutefois également possible d'utiliser des polycristaux présentant une température de Curie élevée, par exemple supérieure à 5000C.
On remarque aisément que dans la forme de réalisation préférentielle représentée, dans laquelle la membrane s'étend transversalement, c'est-à-dire dans un plan perpendiculaire à la direction de mesure du capteur de pression 8, une dilation de la membrane 18 est sans effet sur la contrainte appliquée sur l'élément piézo-électrique 26.
La présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite ci-dessus et aux variantes évoquées. Elle concerne également tous les modes de réalisation à la portée de l'homme du métier.
Ainsi, par exemple, toutes les données numériques indiquées le sont uniquement à titre illustratif et non limitatif.
Dans la forme de réalisation décrite, le capteur de pression est disposé très près du doigt formant l'élément chauffant de la bougie de préchauffage. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en éloignant le capteur de pression de ce doigt. Le capteur de pression décrit est un capteur piézo-électrique monté en précontrainte. Une autre forme de réalisation, où l'élément piézo-électrique travaille par exemple en compression, est également envisageable.
La membrane décrite est obtenue de préférence par amincissement de matière. Toutefois si la paroi du corps de la bougie est relativement fine, une zone de déformation élastique, permettant un mouvement longitudinal, peut être obtenue sans amincissement. Une forme appropriée du corps de la bougie permet l'obtention de cette membrane.
La position de la membrane déformable élastiquement peut être différente de celle décrite ci-dessus. La forme de réalisation préférée décrite permet une construction compacte de la bougie de préchauffage. Dans certains cas, une conception moins compacte peut être envisagée. On peut alors par exemple prévoir un corps de bougie présentant un premier épaulement au niveau duquel se trouve la membrane déformable élastiquement et un second épaulement avec un cône d'étanchéité.

Claims

REVENDICATIONS
1. Bougie de préchauffage comportant :
- un corps (2) tubulaire présentant d'une part à l'une de ses extrémités une tête de bougie (10) et d'autre part une zone de fixation présentant des moyens (12, 14) permettant 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 (10), et
- un capteur de pression (8), caractérisée en ce que le doigt (4) est fixé au corps (2) de bougie de manière à être solidaire de celui-ci dans une zone de liaison (16), en ce que le corps (2) de bougie présente entre sa zone de liaison (16) avec le doigt (4) et sa zone de fixation dans un alésage une partie déformable élastiquement (18) de telle sorte que ladite zone de liaison (16) est mobile et peut se déplacer longitudinalement par rapport à la zone de fixation dans un alésage supposée fixe, et en ce que le capteur de pression (8) est disposé entre d'une part un élément (30) solidaire de la zone de liaison (16) et d'autre part un élément fixe (20) de la bougie.
2. Bougie de préchauffage selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la partie déformable élastiquement (18) est une zone annulaire s'étendant dans un plan transversal au corps (2) de la bougie.
3. Bougie de préchauffage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la partie déformable élastiquement (18) est obtenue par amincissement de matière.
4. Bougie de préchauffage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le corps (2) tubulaire présente sur sa surface extérieure un cône d'étanchéité (14) destiné à réaliser l'étanchéité entre la bougie de préchauffage et une tête de culasse, et en ce que la partie déformable élastiquement (18) est voisine dudit cône d'étanchéité (14).
5. Bougie de préchauffage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le capteur de pression (8) est monté entre d'une part une pièce d'appui (20) fixe par rapport à la zone de fixation et d'autre part une pièce (30) solidaire du doigt (4), mobile avec la zone de liaison (16).
6. Bougie de préchauffage selon la revendication 5, caractérisée en ce que la pièce d'appui (20) fixe est située entre la partie déformable élastiquement 18 et le capteur de pression (8), et en ce que la pièce (30) solidaire du doigt (4) est fixée sur une âme (6) alimentant le doigt (4) en énergie en étant précontrainte sur le capteur (8).
7. Bougie de préchauffage selon la revendication 6, caractérisée en ce que la pièce solidaire du doigt (4) est une bague (30) soudée sur l'âme (6).
8. Bougie de préchauffage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le capteur de pression (8) est un capteur piézo-électrique.
9. Bougie de préchauffage selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le capteur de pression (8) est disposé dans le corps (2) tubulaire au niveau de la zone de fixation de la bougie dans un alésage.
10. Corps (2) de bougie de préchauffage présentant d'une part à l'une de ses extrémités une tête de bougie (10) et d'autre part une zone de fixation présentant des moyens (12, 14) permettant sa fixation dans un alésage, caractérisé en ce qu'il présente entre sa zone de liaison (16) avec le doigt (4) et sa zone de fixation dans un alésage une partie déformable élastiquement (18) de telle sorte que ladite zone de liaison (16) est mobile et peut se déplacer longitudinalement par rapport à la zone de fixation dans un alésage supposée fixe.
11. Corps (2) de bougie de préchauffage selon la revendication 10, caractérisée en ce que la partie déformable élastiquement (18) est une zone annulaire s'étendant dans un plan transversal au corps (2) de la bougie.
12. 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 9.
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