La présente invention concerne un dispositif intégrant un capteur de pression pour la mesure de pressions au sein d'un cylindre d'un moteur à combustion interne.

Dans un moteur à combustion interne, notamment un moteur de type

Diesel, chaque cylindre comporte typiquement une bougie de préchauffage qui permet de réchauffer la chambre de combustion dudit cylindre, notamment au démarrage du moteur. A cette fin, cette bougie de préchauffage comprend un doigt dans lequel est logée une électrode de préchauffage, et qui s'étend dans la chambre de combustion.

Une telle bougie de préchauffage est agencée dans un alésage qui traverse la culasse du moteur. Cet alésage comporte d'une part un taraudage à proximité d'une face extérieure de la culasse, et d'autre part une butée conique à proximité d'une face intérieure de la culasse délimitant la chambre de combustion.

De façon complémentaire, la bougie de préchauffage comprend un corps comportant d'une part un filetage qui vient s'ancrer dans le taraudage de l'alésage afin d'assurer la fixation -par vissage- de la bougie à la culasse. Ce corps comporte d'autre part, à son extrémité inférieure, un siège conique qui vient s'appuyer (en fin de vissage) contre la butée conique de l'alésage et fermer ainsi de façon étanche la chambre de combustion.

Il est connu d'intégrer un capteur de pression dans une telle bougie de préchauffage. En effet, on a remarqué que la connaissance de la valeur de la pression à l'intérieur de chaque cylindre permettait de mieux contrôler le déroulement de la combustion au cœur du moteur. Cette information est utilisée pour réguler l'injection de carburant dans chacun des cylindres. La consommation en carburant du moteur peut ainsi être optimisée et les émissions polluantes réduites. Ce capteur peut être placé juste au-dessus du doigt de préchauffage de la bougie.

Il est également connu, en variante, de loger le capteur dans une partie de la bougie, appelée tête de bougie, qui s'étend à l'extérieur du cylindre et de la culasse, ou de monter le capteur sur ladite tête de bougie. Cet agencement permet d'utiliser d'une part un capteur de plus grandes dimensions, et donc de plus grande sensibilité, et d'autre part une électrode de préchauffage de plus grand diamètre, et donc d'efficacité accrue. En outre, ainsi agencé, le capteur n'est pas soumis aux températures de la chambre de combustion. Dans une telle bougie de préchauffage, il est donc nécessaire de transmettre la pression qui règne dans la chambre de combustion du cylindre, jusqu'au capteur de pression disposé dans ou sur la tête de bougie à l'extérieur dudit cylindre. Différents montages ont été présentés de manière à ce que les forces exercées sur le doigt de préchauffage se trouvant dans le cylindre soient retransmises au capteur de pression.

WO 2005/111501 propose ainsi une bougie de préchauffage comprenant : un corps, un doigt de préchauffage et un capteur de pression tels que précédemment décrits, lequel capteur comprend un élément piézo- électrique et deux éléments de contact agencés de part et d'autre dudit élément piézo-électrique, une pièce intermédiaire tubulaire insérée dans le corps et entourant le doigt de préchauffage de façon à isoler ce dernier dudit corps ; l'extrémité inférieure de cette pièce intermédiaire est fixée au doigt de préchauffage ; ladite pièce intermédiaire est par ailleurs fixée au corps au niveau du siège de ce dernier ; entre ces deux zones de fixation, la pièce intermédiaire comprend une portion déformable élastiquement qui permet au doigt de préchauffage de se déplacer axialement sous l'effet des variations de la pression régnant dans la chambre de combustion ; cette portion déformable s'étend donc entièrement dans la chambre de combustion, une entretoise tubulaire s'étendant axialement entre le doigt de préchauffage et le capteur de pression pour la transmission audit capteur des déplacements du doigt de préchauffage ; cette entretoise est librement montée dans la pièce intermédiaire et est librement traversée par une âme alimentant électriquement l'électrode du doigt de préchauffage.

Il est également connu, dans certains moteurs de type Diesel (généralement des moteurs de grosse cylindrée) et de type essence, de prévoir un dispositif dédié pour mesurer la pression dans la chambre de combustion d'un cylindre du moteur. Un tel dispositif comporte un corps présentant des moyens permettant son ancrage à la culasse et à l'intérieur duquel se trouve un capteur de pression. A l'instar des bougies de préchauffage, il comporte également usuellement un doigt s'étendant dans la chambre de combustion et dont les déplacements génèrent des forces axiales mesurées par le capteur de pression afin de déterminer la pression régnant la chambre de combustion. Toutefois, ce doigt est dépourvu d'électrode de préchauffage. Il peut donc prendre des formes diverses, autres que celle d'un "doigt", telles qu'un cylindre court ou une plaque plate exposé dans la chambre de combustion. Un tel dispositif est parfois appelé SAPS (pour "Stand Alone Pressure Sensor" ou, en français, capteur de pression isolé). La présente invention concerne également de tels dispositifs de mesure de pression. Par souci de simplification, les caractéristiques décrites dans la suite de la description pour une bougie de préchauffage selon l'invention (à l'exception des caractéristiques uniquement liées à la fonction de préchauffage de la bougie) s'appliquent également à un dispositif de mesure de pression de type SAPS selon l'invention, bien que cela ne soit pas explicitement mentionné.

L'invention vise à fournir un dispositif, tel qu'une bougie de préchauffage ou un dispositif de mesure de type SAPS ₁ intégrant un capteur de pression pour la mesure de pressions au sein d'un cylindre d'un moteur à combustion interne, et qui présente une sensibilité accrue par rapport aux dispositifs connus et notamment à celui décrit dans WO 2005/111501.

Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif de plus grande fiabilité.

Dans toute la suite, le dispositif selon l'invention est décrit dans une position dans laquelle il présente une direction axiale sensiblement verticale et un doigt situé en partie basse. Les adjectifs « supérieur » et « inférieur » employés pour qualifier des éléments ou parties du dispositif font référence à cette position spécifique.

L'invention concerne un dispositif intégrant un capteur de pression pour la mesure de pressions au sein d'une chambre de combustion d'un cylindre d'un moteur à combustion interne, comprenant : un corps externe, un doigt destiné à s'étendre partiellement dans la chambre de combustion, une enveloppe interne insérée dans le corps et entourant une portion supérieure du doigt, laquelle enveloppe est fixée d'une part au doigt et d'autre part au corps et présente une portion déformable élastiquement entre ces deux zones de fixation.

Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que l'enveloppe est fixée au corps en une zone de fixation qui s'étend en partie supérieure dudit corps.

De façon usuelle, la portion déformable élastiquement de l'enveloppe permet au doigt de se déplacer sous l'effet de la pression régnant dans la chambre de combustion, et le dispositif comprend avantageusement des moyens, comme par exemple une entretoise rigide et un organe de maintien tels que définis plus loin, permettant de transmettre au capteur de pression des forces axiales résultant des déplacements du doigt. La sensibilité du capteur dépend donc directement de l'aptitude de l'enveloppe à se déformer en fonction de la pression à laquelle le doigt est soumis. Contrairement à l'enveloppe selon l'invention, la pièce intermédiaire de la bougie décrite dans WO 2005/111501 est fixée au siège du corps, c'est-à-dire à l'extrémité inférieure de celui-ci. L'enveloppe selon l'invention peut donc présenter une portion déformable plus longue que la pièce intermédiaire antérieure de WO 2005/111501 , ce qui améliore considérablement la sensibilité du dispositif selon l'invention.

De façon usuelle, le corps du dispositif selon l'invention comporte des moyens d'ancrage, tels qu'un filetage externe, permettant l'ancrage du dispositif dans un alésage ménagé dans une culasse du moteur. Il comporte également de préférence un siège conique adapté pour venir en appui contre une butée conique de l'alésage de façon à assurer une étanchéité. Lorsque le dispositif est monté dans la culasse, ledit corps est donc solidaire de la culasse en deux régions écartées l'une de l'autre selon sa direction axiale, c'est-à-dire selon la direction de l'épaisseur de la culasse. La portion du corps s'étendant entre les moyens d'ancrage et le siège de celui-ci subit par conséquent les distorsions de la culasse susceptibles d'apparaître sous l'effet de la température, de la pression, du couple de serrage du dispositif ou de charges mécaniques. Avantageusement, dans le dispositif selon l'invention, la zone de fixation de l'enveloppe au corps s'étend au- dessus des moyens d'ancrage dudit corps. Ainsi, les distorsions de la culasse n'agissent pas sur l'enveloppe (qui constitue l'élément sensible du dispositif) ; les déformations de cette dernière sont donc uniquement fonction de la pression régnant dans la chambre de combustion, ce qui procure une grande fiabilité au dispositif selon l'invention.

Avantageusement, la portion déformable élastiquement de l'enveloppe s'étend entièrement à l'intérieur du corps. Cette portion déformable n'est donc pas exposée à la température de la chambre de combustion, et en particulier aux variations rapides de celle-ci. A l'inverse, la portion déformable de la pièce intermédiaire de WO 2005/111501 s'étend dans la chambre de combustion et subit par conséquent des chocs thermiques susceptibles de modifier (à pression égale) la longueur de sa portion déformable et donc de fausser les mesures de pression. Ce type d'erreur de mesure est évité dans le dispositif selon l'invention, dont la fiabilité est ainsi accrue.

De préférence, l'extrémité inférieure de l'enveloppe s'étend également à l'intérieur du corps. L'enveloppe est donc entièrement comprise dans le corps, à l'exception éventuellement de son extrémité supérieure qui peut s'étendre en saillie de celle du corps (à l'extérieur du cylindre). Avantageusement, le dispositif selon l'invention comprend un élément d'amortissement entre le corps et l'enveloppe, lequel élément d'amortissement est thermiquement conducteur et est adapté pour amortir les vibrations radiales de l'enveloppe, et ce sans empêcher les déformations axiales de l'enveloppe et de préférence sans transmettre à l'enveloppe de forces axiales résultant des forces axiales auxquelles le corps est soumis -ou à tout le moins en limitant au maximum les forces axiales éventuellement transmises-. Cet élément d'amortissement permet d'une part d'évacuer vers le corps puis la culasse, la chaleur éventuellement absorbée par l'enveloppe. Il permet d'autre part, conjointement avec la zone de fixation de l'enveloppe au corps, d'éviter tout mode vibratoire de l'enveloppe dont l'éventuelle apparition pourrait perturber les mesures de pression. Enfin, cet élément d'amortissement est avantageusement adapté pour réaliser une étanchéité entre le corps et l'enveloppe.

Avantageusement, cet élément d'amortissement est agencé le plus bas possible de façon à éviter la formation d'une cavité entre corps et enveloppe. Il est ainsi de préférence agencé entre l'extrémité inférieure de l'enveloppe et le corps.

Avantageusement, le dispositif selon l'invention comprend un organe de maintien, tel qu'un écrou à filetage externe, fixé à l'enveloppe et contre lequel s'appuie une face supérieure du capteur de pression. En d'autres termes, la face supérieure du capteur de pression est solidaire de l'enveloppe (via l'organe de maintien), et le capteur de pression est bloqué en translation axiale vers le haut.

Par ailleurs, le dispositif comprend une entretoise rigide entourée par l'enveloppe et contre laquelle s'appuie une face inférieure du capteur de pression. L'enveloppe est avantageusement solidaire d'une extrémité inférieure de cette entretoise, et sa portion déformable élastiquement est située entre l'extrémité inférieure de l'entretoise et la zone de fixation de l'enveloppe au corps. A cette fin, l'enveloppe présente par exemple un épaulement contre lequel s'appuie l'extrémité inférieure de l'entretoise. L'entretoise est ainsi coincée entre cet épaulement et la face inférieure du capteur de pression, dont la face supérieure est par ailleurs rendue fixe relativement à l'extrémité supérieure de l'enveloppe par l'organe de maintien. L'épaulement de l'enveloppe réalise donc, conjointement avec l'organe de maintien, des moyens permettant de solidariser l'extrémité inférieure de l'entretoise à l'enveloppe.

Le dispositif selon l'invention peut être une bougie de préchauffage. Dans ce cas, le doigt comprend un élément chauffant, qui est avantageusement alimenté électriquement par un conducteur central traversant librement l'entretoise.

L'invention s'étend à un moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend au moins un cylindre équipé d'au moins un dispositif selon l'invention.

D'autres détails et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, qui se réfère aux dessins schématiques annexés et porte sur un mode de réalisation préférentiel, fourni à titre d'exemple non limitatif. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une bougie de préchauffage selon l'invention, dont un quart a été retiré afin d'apercevoir l'intérieur de la bougie, la figure 2 est une en coupe longitudinale d'une moitié de la bougie de préchauffage de la figure 1. La bougie de préchauffage illustrée sur les figures 1 et 2 comprend un corps 1 externe, un doigt 5 de préchauffage, dont une partie saillante s'étend à l'extérieur du corps 1 et dont l'autre partie s'étend à l'intérieur dudit corps, un conducteur central 8, un capteur de pression 11-13, un organe de maintien 15 et une entretoise 9 rigide. Selon l'invention, il comprend également une enveloppe 14, ainsi que de préférence un élément d'amortissement 16.

Le corps 1 présente successivement, sur sa face externe du bas vers le haut, un siège 4 conique s'évasant vers le haut, une portion cylindrique, un filetage 2 externe, une portion conique 22 s'évasant vers le haut puis une zone de préhension 3 de section transversale hexagonale. La zone de préhension 3 hexagonale délimite une tête de la bougie, plus large que le reste du corps. La bougie de préchauffage est destinée à être montée, et fixée par vissage, dans une culasse (non représentée) d'un moteur à combustion interne, par exemple d'un moteur de type Diesel. A cette fin, la culasse est percée d'un alésage débouchant dans la chambre de combustion d'un cylindre du moteur. Cet alésage comprend un taraudage correspondant au filetage 2 du corps 1 (lequel filetage 2 réalise des moyens d'ancrage de la bougie à la culasse), et une butée conique apte à coopérer avec le siège 4 dudit corps 1. Le vissage de la bougie dans la culasse s'effectue à l'aide de la zone de préhension 3, qui reste à l'extérieur de la culasse (c'est-à-dire du moteur). En fin de vissage, le siège 4 est fermement plaqué contre la butée conique de l'alésage ; il obture ainsi l'alésage de façon étanche. Lorsque la bougie est ainsi montée dans la culasse, sa tête s'étend en dehors de la culasse et du moteur, le reste du corps 1 s'étend dans l'épaisseur de la culasse, et la portion saillante du doigt 5 s'étend dans la chambre de combustion du cylindre. Le doigt 5 de préchauffage comprend une âme 6 chauffante (par exemple métallique) et une gaine 7 de protection. L'extrémité inférieure du conducteur central 8 est sertie dans l'extrémité supérieure de l'âme 6 du doigt 5 de façon à pouvoir alimenter ladite âme 6 en énergie électrique. Ce conducteur central 8 traverse le corps 1 depuis le doigt 5 jusqu'à l'etxtrémité supérieure dudit corps, pour sortir ensuite de la tête de bougie en vue d'être raccordé à un câble (non représenté) d'alimentation en électricité.

L'enveloppe 14 s'étend à l'intérieur du corps 1, à l'exception de son extrémité supérieure. Elle entoure successivement, du bas vers le haut, une portion supérieure du doigt 5, l'entretoise 9, le capteur de pression 11-13 et l'organe de maintien 15. Elle présente successivement (du bas vers le haut) une première portion sensiblement cylindrique en regard du doigt 5, un épaulement 21 interne conique (qui pourrait, en variante, être plan), une deuxième portion cylindrique dont la paroi présente une section transversale d'aire inférieure à celle de la première portion cylindrique, une portion conique s'évasant vers le haut en suivant sensiblement la portion conique du corps 1 , une troisième portion cylindrique au niveau de la tête de bougie. L'épaulement 21 de l'enveloppe s'étend au-dessus du doigt 5, de préférence immédiatement au-dessus de l'extrémité supérieure de celui-ci. L'enveloppe 14 est fixée, d'une part, au doigt 5 en une zone de fixation

19. A cette fin, la portion supérieure du doigt 5 est insérée en force dans l'enveloppe et/ou y est ajustée avec serrage. L'enveloppe 14 est fixée d'autre part au corps 1 en une zone de fixation 18 qui s'étend en partie supérieure dudit corps, et plus précisément à l'extrémité supérieure de ce dernier, au niveau de la tête de bougie et donc au-dessus du filetage 2 dudit corps. Cette fixation peut être obtenue par ajustement avec serrage de l'enveloppe dans le corps, ou par vissage, le corps 1 et l'enveloppe 14 comprenant dans ce cas respectivement des taraudage et filetage complémentaires. Entre lesdites zones de fixation 18 et 19, l'enveloppe est libre par rapport au corps. Par ailleurs, entre son épaulement 21 et sa zone 18 de fixation au corps, l'enveloppe 14 comprend une portion déformable élastiquement 17.

Le capteur de pression 11-13 comprend un élément piézo-électrique 11 annulaire, agencé entre deux éléments de contact 12 et 13 en matériau conducteur de l'électricité. L'élément piézo-électrique 11 et les éléments de contact 12 et 13, de même que l'entretoise 9 décrite ci-après, présentent chacun une lumière centrale pour le passage sans frottement du conducteur central 8.

L'entretoise 9, tubulaire, présente successivement, du bas vers le haut, une extrémité inférieure conique (s'évasant vers le haut), une portion cylindrique, une portion conique suivant sensiblement la portion conique de l'enveloppe 14 et grâce à laquelle l'entretoise s'évase en direction du capteur de pression 11-13, puis une extrémité supérieure cylindrique. L'extrémité supérieure de l'entretoise 9 présente une surface supérieure d'appui contre le capteur de pression. Cette surface d'appui correspond sensiblement à la surface inférieure de l'élément de contact 13 (contre laquelle elle s'appuie). L'extrémité inférieure (conique) de l'entretoise 9 s'appuie sur l'épaulement 21 (conique) de l'enveloppe 14. En dehors de cette extrémité inférieure, l'entretoise 9 est libre par rapport à l'enveloppe 14 : un jeu radial existe entre l'entretoise et l'enveloppe pour permettre à la portion déformable élastiquement 17 de cette dernière de se déformer.

Le capteur de pression est bloqué axialement vers le haut par un organe de maintien 15, qui peut être un écrou à filetage externe vissé dans un taraudage correspondant ménagé dans l'enveloppe 14. L'ensemble formé par l'entretoise 9 et le capteur de pression 11-13 est donc coincé entre l'organe de maintien 15 et l'épaulement 21 de l'enveloppe 14. L'organe de maintien 15 est ajusté d'une part de façon à ce qu'aucun jeu n'apparaisse entre l'organe de maintien 15, l'élément de contact 12, l'élément piézo-électrique 11 , l'élément de contact 13, l'entretoise 9 et l'épaulement 21 de l'enveloppe, et d'autre part de façon à ce que l'élément piézo-électrique 11 ait une précharge donnée, c'est-à- dire soit comprimé dans une mesure donnée en l'absence de pression exercée sur le doigt 5.

Le dispositif représenté sur les figures annexées comprend enfin un élément d'amortissement 16 conducteur de la chaleur, agencé entre l'extrémité inférieure de l'enveloppe 14 et le corps 1. A cette fin, le corps 1 présente avantageusement un épaulement interne recevant l'élément d'amortissement 16. Cet élément d'amortissement est adapté pour amortir les vibrations radiales de l'enveloppe 14, sans empêcher les déformations axiales de celle-ci ni lui transmettre de forces axiales résultant des distorsions de la culasse qui contraignent le corps 1.

Lorsque la bougie de préchauffage illustrée est montée dans une culasse d'un moteur, la pression régnant dans la chambre de combustion du cylindre correspondant exerce sur le doigt 5 une force axiale (vers le haut en cas d'augmentation de la pression ou vers le bas en cas de diminution de celle-ci). Cette force est transmise par le doigt 5 à l'extrémité inférieure de l'enveloppe 14, dont la portion déformable élastiquement 17 se déforme en conséquence. Cette déformation déplace proportionnellement l'entretoise 9. Ce déplacement modifie la pression exercée par la surface d'appui de l'entretoise sur l'élément piézoélectrique 11 via l'élément de contact 13. L'élément piézo-électrique 11 transforme la pression qu'il reçoit en un champ électrique induisant un signal dans les éléments de contact 12 et 13. Ce signal est ainsi représentatif de la pression régnant la chambre de combustion.

Selon l'invention, l'enveloppe 14 présente une portion déformable élastiquement 17 de grande longueur, qui n'est soumise ni à la température de la chambre de combustion, ni aux distorsions de la culasse. Ses déformations sont donc uniquement fonction de la pression exercée sur le doigt 5. La bougie de préchauffage selon l'invention fournit des résultats précis et fiables. En outre, il n'est pas nécessaire de calibrer le capteur de mesure après le montage de la bougie dans la culasse, les déformations de l'enveloppe 14 n'étant pas fonction du couple de serrage appliqué à la bougie. L'invention peut faire l'objet de nombreuses variantes par rapport au mode de réalisation illustré, dès lors que ces variantes entrent dans le cadre délimité par les revendications.

Par exemple, la bougie de préchauffage selon l'invention peut comprendre un doigt de préchauffage en céramique. En outre, l'entretoise peut directement reposer sur la face supérieure du doigt et être ainsi solidaire de ce dernier. La portion déformable élastiquement de l'enveloppe peut dans ce cas s'étendre entre la face supérieure du doigt et la zone de fixation de l'enveloppe au corps.

En variante, le capteur de pression peut être agencé immédiatement au-dessus du doigt et l'entretoise agencée au-dessus dudit capteur, coincée entre le capteur (en bas) et un organe de maintien (en haut) tel l'écrou 15 représenté. Dans ce cas également, la portion déformable élastiquement de l'enveloppe peut s'étendre entre la face supérieure du doigt et la zone de fixation de l'enveloppe au corps. Cette solution est toutefois moins avantageuse que la solution illustrée car elle oblige à utiliser un capteur de pression de plus faibles dimensions, ce qui pénalise sa sensibilité.