Les mesures de pression dans les compartiments moteur des avions

Les mesures de pression dans les compartiments moteur des avions

Comme de nombreux ingénieurs l’ont constaté, les mesures de pression effectuées dans les compartiments moteur des avions peuvent être une opération délicate et frustrante. La chaleur élevée, les vibrations, le manque d’espace, et une multitude d’autres facteurs rendent cette opération difficile. Obtenir des mesures cohérentes et précises dans ce type d’environnement est un réel challenge, qui nécessite souvent des heures, des jours, voire des mois de tests ! Dans l’aéronautique, nous avons besoin de capteurs qui résistent à des conditions changeantes et qui sont capables de fournir des résultats précis et reproductibles. En tant qu’ingénieurs, le caractère reproductible d’un résultat est une élément fondamental de notre spécialité. Heureusement pour nous, STS a relevé le défi en proposant une gamme complète de capteurs de pression qui répondent à nos exigences spécifiques : températures, dimensions, matériaux d’étanchéité et signaux de sortie. L’article suivant détaille notre utilisation des capteurs de pression STS et la manière dont ils répondent à nos impératifs et exigences.

Revenons avec notre exemple de compartiment moteur, et attardons-nous sur les mesures de pression d’huile. L’un des premiers éléments à considérer pour un capteur de pression destiné à mesurer la pression d’huile est sa résistance à la température. À proximité d’un moteur d’avion les températures sont particulièrement élevées, et cette caractéristique soulève certaines questions : Le capteur thermique peut-il être monté seul ou faut-il l’équiper d’un bouclier thermique ? Et plus important encore : Continuera-t-il de fonctionner correctement lorsque les composants commenceront à chauffer ? La dernière chose que les pilotes veulent voir sont des mesures de pression d’huile erratiques ! Heureusement, la gamme de capteurs de pression STS offre une excellente résistance à la température (jusqu’à 125 °C). Cette caractéristique répond à nos préoccupations initiales en matière de résistance aux températures élevées. Le capteur peut ainsi être monté à l’emplacement souhaité du compartiment moteur, sans risques d’interférences liées à la chaleur. En outre, cela nous permet de modifier, ajuster et affiner l’emplacement du capteur sans se soucier de la fiabilité des résultats en cas d’augmentation de la température. Cette solution offre une excellente flexibilité pour effectuer nos tests.

La compacité du capteur est également une caractéristique cruciale. Un capteur volumineux et disgracieux soulèverait sans doute quelques sourcils dans cet environnement de haute technologie. Dans l’aéronautique, l’espace est toujours une contrainte. Heureusement, STS a conçu un capteur de pression compact et sobre qui permet un montage pratique dans l’ensemble des zones de tests. Les dimensions des capteurs STS varient en fonction des usages, mais grâce aux options avancées de personnalisation (que nous détaillerons plus loin) ils sont généralement de dimensions inférieures ou égales à 50-60 mm. Leur petite taille permet un montage facile à l’aide de pinces Adel ou de tout autre collier de fixation standard. Cela évite de perdre du temps à concevoir un schéma de montage personnalisé, ou d’imaginer une nouvelle méthode de fixation compliquée à chaque fois que le capteur doit être déplacé pour optimiser les lectures de pression d’huile. Cette caractéristique offre un réel gain de temps et permet d’effectuer des séries de tests de manière rapide et efficace.  

Le dernier facteur essentiel pour nos tests de pression est la personnalisation. La plupart des capteurs de pression disponibles sur le marché pour ce genre de tests ont une portée de fonctionnement limitée. Ils sont configurés pour offrir des résultats optimaux dans une plage de pression spécifique, pour une fréquence de mesure spécifique, et avec une conception spécifique. Les capteurs de pression STS, quant à eux, offrent plusieurs options de personnalisation qui permettent de les adapter à des besoins spécifiques.  

Pour notre exemple, nous avons également besoin d’un matériau d’étanchéité qui ne contamine pas les huiles et qui ne se dégrade pas avec une exposition constante. STS propose plusieurs options de joints de capteurs, y compris des élastomères EPDM et Viton, pour assurer que les capteurs fonctionnent de manière optimale. Alternativement, nous pouvons opter pour des joints métalliques qui offrent également de très bons résultats. Nous avons aussi besoin d’une connexion à membrane frontale, un câble  polyuréthane, et un signal de sortie en 20 mA. STS peut fournir tout cela, ainsi que bon nombre d’autres combinaisons, pour garantir que le raccordement au processus, les signaux de sortie, le raccordement sous pression et les joints d’étanchéité, correspondent exactement à ce dont nous avons besoin. En somme, les capteurs sont conçus sur mesure pour nos tests et ne nécessitent aucune modification de nos procédures.

En résumé : Nous avons besoin de capteurs de pression pour effectuer des séries de tests de pressions d’huile, et de nombreux facteurs fluctuants sont à considérer : les températures, les méthodes de montage, les plages de pression, et un grand nombre d’autres facteurs. Il nous faut des capteurs de pression capables de répondre à ces impératifs et qui offrent des résultats précis. Les capteurs de pression STS permettent de résoudre ces problèmes. Leur capacité de résistance à des températures et à des pressions élevées, les solutions personnalisées de joints, de raccords pression, et de signaux de sortie, ainsi qu’une excellente conception globale, permettent d’intégrer ces capteurs de manière transparente dans tous types de tests, sans devoir modifier ou adapter nos procédures.

Minimiser les émissions de polluants grâce aux technologies de détection de la pression

Minimiser les émissions de polluants grâce aux technologies de détection de la pression

Les mesures de rappels de véhicules ont de vastes conséquences dans l’industrie automobile. Les constructeurs subissent généralement des baisses de réputation conséquentes et de fortes augmentations des coûts. Les propriétaires de véhicules, quant à eux, réagissent avec colère et incertitude. Le scandale de ces dernières années sur la manipulation des niveaux d’émissions polluantes a provoqué de vives réactions. Les autorités gouvernementales ont alors réagi en imposant de nouvelles procédures de test.

L’industrie automobile a déclenché une véritable crise de rappels de véhicules au cours de ces deux dernières années. Rien qu’aux États-Unis, près de 51 millions de véhicules ont été rappelés en 2015 par l’Administration américaine de la sécurité de la circulation routière (NHTSA). Ce chiffre dépasse de loin le nombre de véhicules vendus cette même année, bien que les véhicules rappelés n’étaient pas tous liés au scandale des émissions polluantes. Près de 11 millions de ces véhicules proviennent du scandale du « dieselgate » impliquant le constructeur Volkswagen. Les pertes engendrées sont colossales.

La pression exercée sur les coûts de production et la complexité croissante des systèmes intégrés aux véhicules engendrent une propension accrue aux erreurs et aux mesures de rappel qui en résultent. Ce défi doit être relevé par le biais de systèmes de contrôle améliorés et encore plus fiables – de la part des constructeurs et des fournisseurs, ainsi que des organes de contrôle gouvernementaux qui sont responsables du suivi des spécifications légales. Un équipement de mesure de haute qualité est donc nécessaire afin de fournir des résultats précis dans diverses conditions et garantir une conformité (ou post-conformité) optimale aux normes en vigueur. Un important arriéré de demandes a depuis été ouvert à cet égard.

Les meilleures technologies de mesure de pression pour les meilleurs moteurs à combustion

Dans le développement des moteurs à combustion, des capteurs de pression de haute précision sont nécessaires. Lors de l’analyse de la combustion, ils permettent des mesures exactes de la pression dans les cylindres, ainsi que des pressions d’admission et d’échappement. Les capteurs de pression absolue (échanges de gaz) et les capteurs haute pression (mesures de la pression d’injection) doivent également être de la plus haute qualité car le potentiel de réduction des polluants est très conséquent, en particulier pour la pression d’injection. Les particules des moteurs à essence peuvent être réduites par une augmentation de la pression d’injection. Certains constructeurs s’emploient déjà à augmenter les pressions d’injection jusqu’à 350 bars, voire plus.

Les mesures mobiles d’émissions polluantes sont en cours

Le Nouveau cycle européen de conduite (NEDC) est en cours d’introduction par les organismes de réglementation des États pour les mesures d’échappement et de consommation. Comme nous l’avons vu, les procédures de test ont donné aux constructeurs la liberté d’influencer les mesures à leur avantage, puisque les véhicules ne sont examinés que dans une installation de tests et non dans des conditions réelles.

Lorsque le scandale de manipulation des émissions polluantes a éclaté, le Comité d’experts de l’Union européenne a décidé en mai 2015 que les émissions d’homologation de type devaient être testées dans des conditions de conduite réelles (RDE) à partir de la fin 2017. Les conditions de laboratoire pour les contrôles conventionnels seront complétées par une procédure empêchant l’utilisation de dispositifs de coupure pendant les tests. Le véhicule à tester sera examiné sur une piste ouverte et donc soumis à des conditions variables. En outre, des procédures aléatoires de freinage et d’accélération seront également effectuées.

 

Relever ces nouveaux défis en utilisant des solutions modulaires de capteurs de pression

La procédure RDE impose des contraintes particulières aux technologies de mesure de pression. Pour l’optimisation des valeurs d’émissions des moteurs à combustion, l’accent est mis sur la mesure de la pression absolue et relative. Compte tenu des nouvelles procédures de mesure, les technologies de mesure doivent fonctionner de manière fiable dans une plage de températures étendue. Que les tests soient effectués dans des conditions hivernales ou estivales, les valeurs mesurées doivent être parfaitement fiables pour donner une image réaliste des données d’échappement. Cependant, un fonctionnement à des pressions plus élevées peut permettre de réduire significativement les émissions polluantes. Les pressions élevées doivent ainsi être mesurables, et les technologies de détection doivent pouvoir fonctionner dans les applications mobiles sans défaillance.

Les solutions standard ne permettent pas de satisfaire ces objectifs de mesure et sont même à l’origine du problème. Les défis spécifiques exigent des solutions spécifiques. La précision et la flexibilité des instruments est également un facteur essentiel pour obtenir des mesures fiables dans différentes applications. Ce n’est qu’en suivant cette trajectoire que l’efficacité des coûts et la précision des mesures peuvent être conciliées. Dans ce contexte, il est clair que les systèmes modulaires sont la solution idéale. Ils peuvent être adaptés aux exigences individuelles des constructeurs et donner ainsi des résultats extrêmement fiables. Cela représente un avantage particulier dans le développement de nouveaux moteurs, car les adaptations peuvent être effectuées de manière directe et rapide.

Depuis près de 30 ans, nos clients bénéficient au quotidien de ces avantages de modularité. En tant que principal fabricant de systèmes de mesure modulaires spécifiques, nous pouvons fournir des solutions sur-mesure optimisées aux attentes et aux impératifs des constructeurs, dans des délais très courts. Du point de vue des mesures de pression, il n’existe aucun obstacle au développement de nouveaux moteurs économes en carburant et aux essais en conditions réelles.

Mettre la pression sur l’avènement du moteur sans arbre à cames

Mettre la pression sur l’avènement du moteur sans arbre à cames

Sous l’impulsion des réglementations draconiennes appelant à réduire les émissions de gaz d’échappement et à améliorer la consommation de carburant, les constructeurs accordent des efforts conséquent à l’amélioration du processus de combustion: ils ont essayé d’ouvrir les soupapes d’admission plus tôt (appelé cycle de Miller), ils ont essayé de les fermer plus tard (communément appelé le cycle d’Atkinson), et ils ont même essayé de créer un moteur hybride à allumage commandé/compression (allumage par compression à charge homogène), le tout avec des résultats limités.

Certains constructeurs utilisent des systèmes comportant plusieurs lobes de cames, mais cela reste un compromis car seuls quelques profils peuvent être utilisés simultanément.

Remplacer les arbres à cames par des vérins pneumo-hydro-électroniques

Le moteur sans arbre à cames utilise un vérin pneumo-hydro-électronique pour remplacer le procédé traditionnel de contrôle du fonctionnement des soupapes d’un moteur à combustion interne. Il en résulte un contrôle beaucoup plus précis et entièrement personnalisable de la levée et du calage des soupapes (en admission et en échappement): la levée et le calage des soupapes peuvent être ajustés librement d’une soupape à une autre et d’un cycle à un autre. Ce vérin permet également de multiples calages par cycle, ou aucun calage par cycle (ce qui entraîne une coupure totale du cylindre).

Bien que ce système offre un contrôle complet des fonctions d’admission et d’échappement, ainsi qu’une masse réduite et plus compacte (un 4 cylindres en ligne: 20 kg, 50 mm de hauteur et 70 mm de longueur), il est crucial de contrôler précisément les pressions pneumatiques et hydrauliques pour obtenir un fonctionnement efficace.

Cartographier les pressions au cours du développement

Pour déterminer les pressions de fonctionnement requises au fonctionnement des soupapes à différents régimes et à différentes charges, il est essentiel que les pressions soient mesurées avec précision en temps réel.

Mais il ne s’agit pas d’une mince affaire: non seulement les capteurs de pression utilisés doivent être précis dans une large plage de températures de fonctionnement, mais ils doivent également être compacts et résistants aux vibrations, aux huiles chaudes et autres produits chimiques présents dans les compartiments moteur.

Étant donné qu’une petite poignée de fournisseurs à travers le monde est capable de fournir des capteurs de pression professionnels de haute qualité, les équipes de développement qui tentent de concevoir un moteur sans arbre à cames doivent s’assurer de choisir des capteurs adaptés et éprouvés.

Avec cette technologie, il est important que la pression pneumatique (utilisée pour actionner l’ouverture/fermeture des soupapes) et la pression hydraulique (qui joue le rôle de clapet et de maintien d’ouverte des soupapes) soient cartographiées avec précision pendant le développement.

Ces pressions sont contrôlées au moyen d’une unité de commande électronique qui détermine la levée, l’accélération et le calage en fonction de la charge du moteur, de la vitesse et des conditions ambiantes.

Si les équipes de développement réalisent correctement la cartographie de ce processus complexe, les avantages sont assez spectaculaires: il est possible d’extraire plus de 170 kW et 320 Nm de couple d’une unité quatre cylindres de 1,6 litre, ce qui représente 47 % de puissance en plus et 45 % de couple en plus qu’un moteur équivalent équipé d’un arbre à cames, tout en améliorant la consommation de carburant de 15 %.

Bien que les arbres à cames sont au cœur des performances des moteurs à quatre temps depuis plus d’un siècle, les soupapes actionnées par pression hydropneumatique pourraient bien équiper les moteurs à combustion dans un avenir proche.

Abonnez-vous à notre newsletter

Abonnez-vous à notre liste de diffusion pour recevoir les dernière nouvelles et mises à jour de notre équipe.

Vous vous êtes enregistré avec succès!