Le principe de l’exploitation de la puissance hydraulique est connu depuis l’époque de l’Égypte ancienne, mais à mesure que les systèmes ont évolué, les outils nécessaires pour concevoir et développer ces circuits sophistiqués, souvent cruciaux, ont évolué dans le même temps.
Depuis le premier manomètre inventé par Evangelista Torricelli dans la première décennie du dix-septième siècle, jusqu’au tube mécanique Bourdon, ou encore, plus récemment, au transducteur de pression piézorésistifs, les développeurs ont toujours recherché le meilleur équipement possible pour mesurer les pressions et optimiser la conception. Ces derniers temps, les ingénieurs, en particulier du domaine automobile, ont pris l’habitude d’utiliser ces capteurs de pression précis et de grande qualité lors du développement de véhicules et de l’exécution de tests.
Ces transducteurs de pression modernes sont typiquement capables d’enregistrer une plage de mesure pleine échelle s’échelonnant entre environ 350 mbar et 700 bar, à des températures soutenues comprises entre 40 °C et 150 °C. Et mieux encore, les capteurs de qualité tels que ceux produits par STS sont capables d’une hystérésis et d’une répétabilité type d’environ 0,001 %!
Image 1: Transmetteur de pression haute précision ATM.1ST avec précision allant jusqu’à 0,05 % FS
Les capteurs de pression de haute qualité sont utilisés dans le développement de systèmes automobiles essentiels.
Ce niveau de répétabilité est essentiel dans la conception et le développement de systèmes de refroidissement et d’approvisionnement en carburant, entre autres. Au cours du développement, les concepteurs s’appuient sur des équipements de mesure de la pression stables pour enregistrer des informations de manière précise, de sorte que l’incidence des plus petites modifications de la conception puisse être documentée sans avoir à s’inquiéter de la capacité du capteur à reproduire les résultats.
Dans la modernisation récente d’un système de refroidissement moteur, pour tirer avantage de la réduction des pertes parasites rendue possible grâce à l’électrification, les ingénieurs d’un fabricant automobile de luxe ont été initialement confrontés à une chute de pression dans la pompe d’environ 250 kPa. Avant que la nouvelle pompe électrique puisse être repensée, des mesures de pression précises devaient être enregistrées pour permettre aux ingénieurs d’identifier le problème. Après avoir étudié les résultats enregistrés par la batterie de capteurs de pression, le design a pu être modifié, réduisant la chute de pression à moins de 100 kPa, et en réduisant les pertes parasites de 500 W.
Et bien que l’électrification et les commandes électroniques jouent un rôle sans cesse plus important dans les systèmes automobiles, la pression hydraulique reste un gage de bon fonctionnement de nombreux circuits essentiels.
En guise d’exemple, lors du développement d’une transmission automatique, les pressions des lignes de port devaient être mesurées en temps réel puis comparées aux normes prévues pour vérifier que les paramètres de la conception étaient respectés. Au même moment, la qualité et le nombre des changements de vitesse étaient mesurés et évalués de façon subjective pour assurer le respect du cahier des charges du client en matière de performance et de confort de conduite.
Nonobstant l’intérêt des capteurs de pression de haute qualité pour enregistrer des données précieuses lors des tests et du développement, dans l’industrialisation de technologies futures, ces outils pourront également réduire les coûts de conception de façon importante.
Les capteurs de pression répondent aux attentes des technologies futures.
Dans une tentative d’amélioration de la performance de moteurs drastiquement moins volumineux, les fabricants tirent parti de la puissance supplémentaire qu’offre l’électrification de 48 V, en remplaçant le turbocompresseur par un surcompresseur électrique.
Comme il s’agit d’une technologie naissante, peu d’études et de données de test sont disponibles pour les ingénieurs qui cherchent à optimiser les surcompresseurs eCharge. Bien que la dynamique des fluides et le génie électrique fournissent une bonne plate-forme sur laquelle s’appuyer, il reste primordial que les théories soient validées en conditions de test réelles.
Pour y parvenir, les pressions dans les collecteurs doivent être cartographiées afin d’optimiser la performance du moteur tout en maximisant l’énergie récupérée des gaz d’échappement. Pour cela, des capteurs de pression extrêmement précis, capables de fournir des relevés précis sur une large plage de températures et de pressions d’admission dans le collecteur sont nécessaires. Ces capteurs doivent également être résistants aux vibrations et à la dégradation chimique.
Et tandis que des fabricants dans le monde entier continuent d’effectuer des travaux de recherche sur les véhicules électriques, plusieurs groupes réfléchissent à des façons d’exploiter l’hydrogène pour générer de l’électricité plutôt que de devoir s’appuyer sur des batteries de stockage.
Les piles à hydrogène reposant sur l’utilisation de membranes à échange de protons, également appelées piles à combustible à membrane électrolyte polymère (PEM en anglais), ont également donné le jour à des productions en série limitée de certains véhicules, comme la Mirai de Toyota.
Bien que les petites piles à combustibles à membrane d’échange de protons opèrent couramment à une pression d’air normale, des piles à combustible de plus forte puissance (10 kW et plus) fonctionnent généralement à des pressions élevées. Comme pour les moteurs à combustion interne conventionnels, la finalité de l’augmentation de la pression dans la pile à combustible consiste à augmenter la puissance spécifique en extrayant plus de puissance à partir d’une pile de même taille.
Les piles à combustible PEM type opèrent à des pressions allant d’une valeur proche de la valeur atmosphérique jusqu’à 3 bar, et à des températures comprises entre 50 et 90 °C. Tandis que de hautes densités de puissance sont rendues possibles en augmentant la pression de fonctionnement, le rendement net du système peut s’avérer plus faible en raison de l’énergie nécessaire pour comprimer l’air, d’où l’importance d’équilibrer la pression avec les exigences particulières d’une pile à combustible donnée.
Comme pour les pressions d’admission des moteurs à combustion interne, ceci peut être réalisé en prenant des mesures précises de la pression au moyen de capteurs de pression de haute qualité. Ces mesures sont ensuite comparées aux données de sortie de la pile de combustible pour minimiser les pertes parasites tout en optimisant les gains dans la production électrique.
Ainsi, quelle que soit la voie que l’industrie automobile choisit pour le futur de ses technologies, des capteurs de pression précis vont rester primordiaux pour le développement de véhicules efficaces et sûrs.
