FR2891049A1 - Spark plug screwing parameters determining method for reception shaft, involves measuring plug`s tightening torque, measuring tensile stress created by screwing of plug in shaft and measuring movement of plug in shaft in screwing direction - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE DE DETERMINATION DE PARAMETRES DE VISSAGEMETHOD FOR DETERMINING SCREW PARAMETERS
La présente invention se rapporte, de manière générale, à un procédé de détermination de paramètres de vissage d'un assemblage comprenant une bougie d'allumage à visser à travers un joint, suivant une direction de vissage, dans un puits de réception. The present invention relates, in general, to a method for determining screwing parameters of an assembly comprising a spark plug to be screwed through a joint, in a screwing direction, into a receiving well.
Il est connu que ce puits de réception soit muni d'un taraudage adapté à la bougie d'allumage à visser, et que, pendant le vissage, on mesure un couple de serrage et un angle de serrage de la bougie d'allumage dans le taraudage. It is known that this receiving well is provided with a thread adapted to the spark plug to be screwed, and that during the screwing, a tightening torque and a tightening angle of the spark plug are measured in the tapping.
Généralement, lorsque l'on désire visser convenablement une bougie d'allumage en particulier sur une culasse, il est important que cette bougie d'allumage ne soit pas sur-serrée, ce qui dégrade la bougie d'allumage, ni qu'elle soit sous-serrée, ce qui provoque divers problèmes parmi lesquels, les plus importants sont des fuites de gaz et un risque de cliquetis destructif du moteur par formation d'un point chaud, sur la bougie d'allumage, dû à une mauvais conductibilité thermique. La conductibilité thermique et l'étanchéité sont assurées par un joint qu'il convient d'écraser de manière adéquate en serrant la bougie d'allumage sur la culasse. On entend par manière adéquate que le joint est dans les environs de la limite entre ses états élastique et plastique, le joint étant alors au moins partiellement plastifié. Les paramètres mesurés pour déterminer un tel vissage optimisé sont un couple de serrage ainsi qu'un angle de serrage. Generally, when it is desired to properly screw a spark plug in particular on a cylinder head, it is important that this spark plug is not over-tightened, which degrades the spark plug, nor is it This causes a number of problems, of which the most important are gas leaks and a risk of destructive motor rattling by the formation of a hot spot on the spark plug due to poor thermal conductivity. The thermal conductivity and tightness are ensured by a seal that should be crushed adequately by tightening the spark plug on the cylinder head. Adequate means that the seal is in the vicinity of the boundary between its elastic and plastic states, the seal then being at least partially plasticized. The parameters measured to determine such optimized screwing are a tightening torque and a tightening angle.
Ainsi, pendant des essais préalables à un procédé 2891049 2 industriel de vissage, on mesurera un couple et un angle de serrage sur des prototypes d'essais. Thus, during tests prior to an industrial screwing process, a torque and a tightening angle will be measured on test prototypes.
Lors de ces mesures, on trace une courbe de serrage en reportant l'angle de serrage en fonction du couple de serrage. Cette courbe permet d'identifier les différentes étapes, représentées par différentes zones sur le graphique de la courbe, constituant un procédé de serrage, c'est-àdire, la zone d'accostage du joint, qui est fait normalement lors d'un pré-vissage, la zone élastique du joint, qui représente l'écrasement du joint dans la mesure où il peut toujours reprendre sa forme initiale, la zone de plastification du joint, zone dans laquelle le joint ne retourne plus à sa forme initiale, la zone de plateau plastique de l'assemblage, une zone dans laquelle au moins le joint est détérioré, et la zone de fusible de l'assemblage. Toutes ces étapes sont caractérisées en ce qu'elles ont une pente spécifique sur la courbe. Un serrage optimisé selon ce procédé est un serrage auquel on aura appliqué un couple correspondant au début de l'étape de plastification, l'étape de plastification correspondant au moment pendant lequel le joint est écrasé de manière irréversible. En effet, durant l'étape de plastification, le joint va se plastifier et perdre toute possibilité de relaxation. Ensuite, pendant l'étape de plateau plastique de l'assemblage, l'assemblage commence à se détériorer, par exemple, au niveau du filetage de la bougie d'allumage ou du taraudage du puits de réception, etc. Ces mesures permettent de tracer une courbe d'écrasement des joints de bougie d'allumage sur presse. Egalement, il est habituel, lors d'une étude préalable, d'effectuer des écrasements de joints sur bougie d'allumage après différents paliers de serrage et ensuite de démonter ces joints pour une étude de métrologie. During these measurements, a tightening curve is plotted by plotting the tightening angle as a function of the tightening torque. This curve makes it possible to identify the different steps, represented by different zones on the graph of the curve, constituting a tightening process, that is to say, the area of approaching the joint, which is normally done during a meadow. -turning, the elastic zone of the joint, which represents the crushing of the joint to the extent that it can always return to its original shape, the zone of plasticization of the joint, zone in which the seal does not return to its original shape, the zone plastic tray assembly, an area in which at least the seal is damaged, and the fuse area of the assembly. All these stages are characterized in that they have a specific slope on the curve. An optimized clamping according to this method is a clamping which has been applied a torque corresponding to the beginning of the plasticizing step, the plasticizing step corresponding to the moment during which the seal is irreversibly crushed. Indeed, during the plasticizing step, the seal will laminate and lose any possibility of relaxation. Then, during the plastic tray stage of the assembly, the assembly begins to deteriorate, for example, at the thread of the spark plug or the tapping of the receiving well, etc. These measurements make it possible to draw a crushing curve of the spark plug seals on the press. Also, it is usual, during a preliminary study, to perform seals over spark plug seals after different clamping steps and then to disassemble these seals for a metrology study.
Néanmoins, l'étude du couple de serrage et de l'angle de serrage reste approximative. En effet ces paramètres ne représentent, ni ne quantifient le serrage de la bougie d'allumage dans un taraudage. Il n'existe aucun moyen de mesure pour vérifier le besoin fonctionnel en effort en tension de serrage, ou force de tenue, lors d'un assemblage d'une bougie d'allumage et de son taraudage. Nevertheless, the study of the tightening torque and the tightening angle remains approximate. Indeed these parameters do not represent nor quantify the tightening of the spark plug in a tapping. There is no means of measurement to verify the functional need in tension force or clamping force, during assembly of a spark plug and its tapping.
De plus, en général, lors des études d'écrasement de joint, une étape de démontage est nécessaire pour pouvoir effectuer une métrologie. In addition, in general, during joint crush studies, a disassembly step is necessary to perform a metrology.
Dans ce contexte, il existe un besoin de réaliser des essais préalables avec acquisitions de différents paramètres, ainsi qu'un besoin d'un moyen permettant d'établir des paramètres avec davantage de précision afin de diminuer les défaillances dues à un mauvais serrage. In this context, there is a need to perform preliminary tests with acquisitions of different parameters, as well as a need for a means to set parameters with greater precision to reduce failures due to poor tightening.
Ainsi, la présente invention a comme objectif de proposer un procédé qui, typiquement lors d'essais préalables, détermine avec précision les différents paramètres à utiliser, typiquement lors d'une étape industrielle ultérieure. Thus, the present invention aims to provide a method which, typically during preliminary tests, accurately determines the various parameters to use, typically during a subsequent industrial step.
La présente invention a aussi pour but de supprimer l'étape de démontage inhérente à l'étude d'écrasement du 25 joint par métrologie. Another object of the present invention is to eliminate the disassembly step inherent in the gasket crush study by metrology.
Un autre but de la présente invention est l'amélioration des connaissances sur l'assemblage des bougies d'allumage. Another object of the present invention is the improvement of knowledge on the assembly of spark plugs.
Encore un autre but de la présente invention est de permettre des économies importantes sur les pièces de prototypes, culasse et bougie d'allumage, ainsi qu'une 2891049 4 diminution du nombre d'essais de caractérisation, des gammes de serrage manuel et électrique. Yet another object of the present invention is to provide significant savings on prototype parts, cylinder head and spark plug, as well as a reduction in the number of characterization tests, manual and electrical tightening ranges.
A cette fin, le procédé de la présente invention, par ailleurs conforme à la définition générique donnée ci- avant, est essentiellement caractérisé en ce que l'on mesure en outre par un dispositif de mesure de l'effort de tension, pendant le vissage, un effort de tension créé par le vissage de la bougie d'allumage dans le puits de réception. L'effort de tension tel qu'entendu ici représente la force de tenue de la bougie d'allumage dans son taraudage; cet effort a deux composantes: une composante de torsion et une composante de traction. To this end, the method of the present invention, moreover in accordance with the generic definition given above, is essentially characterized in that it is furthermore measured by a device for measuring the tension force during screwing. , a tension force created by screwing the spark plug into the receiving well. The tension force as understood here represents the holding force of the spark plug in its tapping; this effort has two components: a torsion component and a traction component.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, on utilisera cet effort de tension mesuré qui assure la tenue de la bougie d'allumage dans le but d'optimiser d'autres paramètres. In the preferred embodiment of the invention, use will be made of this measured voltage force which ensures the holding of the spark plug in order to optimize other parameters.
De préférence, le dispositif de mesure de l'effort de tension sera un capteur de pression, et préférablement ce capteur de pression comprendra une rondelle de force disposée entre la bougie d'allumage, ou un joint de celle-ci, et le puits de réception. Preferably, the device for measuring the tension force will be a pressure sensor, and preferably this pressure sensor will comprise a force washer disposed between the spark plug, or a gasket thereof, and the oil sump. reception.
De même, pendant l'étape de vissage suivant une étape de pré-vissage, on mesurera de préférence et en outre un déplacement de la bougie d'allumage dans le puits de réception, dans la direction de vissage, via un capteur de déplacement, afin de déterminer l'amplitude de ce déplacement entre une position initiale correspondant au début du vissage et une position finale correspondant à un écrasement du joint généralement supérieur à celui désiré. Similarly, during the screwing step following a pre-screwing step, the spark plug is preferably furthermore moved in the receiving shaft, in the screwing direction, via a displacement sensor. to determine the amplitude of this displacement between an initial position corresponding to the start of screwing and a final position corresponding to a crushing of the seal generally greater than that desired.
Un écrasement de joint désiré signifie que ce joint écrasé procure une étanchéité ainsi qu'une conductivité thermique telle que désirée. A desired seal crush means that this crushed seal provides sealing as well as thermal conductivity as desired.
Il est également considéré comme utile et favorable que les mesures du couple de serrage, de l'angle de serrage, de l'effort de tension (c'est-àdire de tenue mécanique) de l'assemblage voire du déplacement de la bougie d'allumage, soient effectuées simultanément. Ainsi, il est possible de tracer plusieurs courbes de serrage, selon les paramètres mesurés, en temps réel. It is also considered useful and favorable that the measurements of the tightening torque, the tightening angle, the tension force (that is to say the mechanical strength) of the assembly or the displacement of the spark plug. ignition, are performed simultaneously. Thus, it is possible to draw several clamping curves, according to the measured parameters, in real time.
De plus, selon un autre aspect de la présente invention, on conseil de conduire les étapes suivantes: - mise en place d'un dispositif de mesure dudit effort de tension, - pré-vissage de la bougie d'allumage dans le 15 puits de réception jusqu'au contact avec le dispositif de mesure de l'effort de tension, - mise en place du capteur de déplacement de la bougie d'allumage, dans le puits de réception, - mise à zéro du capteur de déplacement. In addition, according to another aspect of the present invention, it is advisable to conduct the following steps: - setting up a device for measuring said tensioning force, - pre-screwing the spark plug into the well of reception until contact with the device for measuring the tension force, - installation of the sensor for moving the spark plug, in the receiving well, - zeroing of the displacement sensor.
- - un vissage jusqu'à serrage complet de la bougie d'allumage, avec mesures au moins dudit couple de serrage et de l'effort de tension de l'assemblage. - - screwing until complete tightening of the spark plug, with measurements of at least said tightening torque and the tension force of the assembly.
Selon encore un autre aspect de la présente invention, le procédé comprendra en outre, favorablement, une étape pendant laquelle sera déterminé un couple de serrage de référence correspondant à une valeur de l'effort de tension au début de la zone de plastification du joint déterminée par l'enregistrement des mesures de couple et de l'effort de tension lors de l'étape de vissage. According to yet another aspect of the present invention, the method will furthermore advantageously comprise a step during which a reference tightening torque corresponding to a value of the tension force at the beginning of the zone of plasticization of the determined joint will be determined. by recording the torque measurements and the tension force during the screwing step.
2891049 6 Egalement, selon un aspect de l'invention, on détermine aussi. Also according to one aspect of the invention, it is also determined.
- un angle de serrage de référence correspondant à une valeur de l'effort de tension située lors d'un début de plastification du joint, par l'enregistrement des mesures d'angle et de l'effort de tension lors de l'étape de vissage - une distance de déplacement de la bougie d'allumage correspondant à un écrasement de référence du joint. a reference clamping angle corresponding to a value of the tension force located during a start of plasticizing the joint, by recording the angle measurements and the tension force during the step of screwing - a displacement distance of the spark plug corresponding to a reference crushing of the seal.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un appareillage pour une prise de mesure suivant un mode de réalisation préféré de la présente invention. Other features and advantages of the invention will become apparent from the description which is given below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 shows schematically an apparatus for a catch according to a preferred embodiment of the present invention.
- la figure 2 représente des courbes d'évolution du couple de serrage C et de l'effort de tension F d'une bougie d'allumage sur un taraudage, en fonction de l'angle de serrage (a). - Figure 2 shows the evolution curves of the tightening torque C and the tension force F of a spark plug on a tapping, depending on the clamping angle (a).
- la figure 3 représente des courbes d'évolution de l'effort de tension F d'une bougie d'allumage sur un taraudage, en fonction du déplacement D de ladite bougie dans le taraudage. FIG. 3 shows the evolution curves of the tension force F of a spark plug on a tapping, as a function of the displacement D of said spark plug in the tapping.
Sur la Figure 1, on voit un dispositif conforme à l'invention. Ce dispositif comprend une bougie d'allumage 1 présentant un épaulement inférieur 9, un joint 2, un dispositif de mesure de l'effort de tension 3 (en l'occurrence une rondelle de force), un capteur de déplacement 4, et une culasse 5 qui possède un puits de réception 6 d'axe la et muni d'un taraudage 7. In Figure 1, there is shown a device according to the invention. This device comprises a spark plug 1 having a lower shoulder 9, a seal 2, a device for measuring the tension force 3 (in this case a force washer), a displacement sensor 4, and a cylinder head 5 which has a receiving well 6 of axis la and provided with a tapping 7.
Lors d'un essai de serrage, une première étape consiste à la mise en place de la rondelle de force 3. During a tightening test, a first step consists in installing the force washer 3.
Cette rondelle de force 3 est disposée de telle manière qu'elle se situe entre la bougie d'allumage 1, ou son joint 2, et le puits de réception 6. Il est possible de faire un lamage (le plus petit possible) dans le puits de réception 6 afin d'y mettre la rondelle de force 3. This force washer 3 is arranged such that it is located between the spark plug 1, or its seal 2, and the receiving well 6. It is possible to make a counterbore (the smallest possible) in the receiving well 6 in order to put the force washer 3 therein.
Ensuite, on procède à un pré-vissage de la bougie d'allumage 1 dans le taraudage 7, de telle manière que la bougie d'allumage 1 traverse la rondelle de force 3, jusqu'à ce qu'ici elle prenne juste appui sur la face supérieur de la rondelle de force 3 par son épaulement inférieur 9. Then, it is proceeded to a pre-screwing of the spark plug 1 in the tapping 7, so that the spark plug 1 passes through the force washer 3, here it just takes support the upper face of the force washer 3 by its lower shoulder 9.
On peut ensuite commencer le vissage de serrage et la prise simultanée de mesures, à l'aide d'un appareil de vissage électrique, par exemple, jusqu'à serrage complet. It is then possible to begin the tightening of the tightening and the simultaneous taking of measurements, by means of an electric screwing device, for example, until complete tightening.
Dans le présent mode, avant le vissage, le capteur de déplacement 4 est mis en place de manière à être en contact avec une extrémité de la bougie d'allumage 1 ayant traversé la rondelle de force 3, plus particulièrement avec l'électrode de masse 10. Ce capteur de déplacement 4 permet de déterminer l'amplitude du déplacement de la bougie d'allumage 1 entre une position initiale correspondant au début du vissage de serrage et une position finale correspondant à un écrasement du joint 2. In the present mode, before the screwing, the displacement sensor 4 is put in place so as to be in contact with one end of the spark plug 1 having passed through the force washer 3, more particularly with the ground electrode 10. This displacement sensor 4 makes it possible to determine the amplitude of the displacement of the spark plug 1 between an initial position corresponding to the beginning of the tightening screw and a final position corresponding to a crushing of the gasket 2.
Une fois tous ces éléments en place, le capteur de déplacement 4 est mis à zéro. Once all these elements in place, the displacement sensor 4 is set to zero.
La figure 1 montre également un moyen de mesure 11 du couple de serrage et de l'angle de serrage qui peut être un moyen de vissage, préférablement une visseuse. Figure 1 also shows a means 11 for measuring the tightening torque and the clamping angle which may be a screwing means, preferably a screwdriver.
La rondelle de force 3 est reliée électriquement à une unité de traitement 31 qui recueille ce signal correspondant à l'effort de tension mesuré. Le couple de serrage et l'angle de serrage mesurés par le moyen de mesure 11, ainsi que l'effort de tension mesuré par la rondelle de force 3 et l'unité de traitement 31, et le déplacement de la bougie d'allumage 1 dans le taraudage 7 mesuré par le capteur de déplacement 4, sont ensuite envoyés dans une base de donnée 50 afin de déterminer des paramètres optimisés. The force washer 3 is electrically connected to a processing unit 31 which collects this signal corresponding to the measured tension force. The tightening torque and the clamping angle measured by the measuring means 11, as well as the tension force measured by the force washer 3 and the processing unit 31, and the displacement of the spark plug 1 in the tapping 7 measured by the displacement sensor 4, are then sent to a database 50 to determine optimized parameters.
Sur la Figure 2 est représenté un exemple de courbes de serrage qui illustre les mesures effectuées. Sur ce graphique, les courbes G et H, représentent respectivement, en fonction de l'angle de serrage, l'évolution de l'effort de tension (F) et du couple de serrage (C). Ces courbes proviennent des valeurs de la base de données 50. Ainsi, pour un angle de serrage défini, on peut aisément déterminer l'effort de tension ainsi que le couple désiré. FIG. 2 shows an example of tightening curves which illustrates the measurements made. On this graph, the curves G and H respectively represent, as a function of the tightening angle, the evolution of the tension force (F) and the tightening torque (C). These curves come from the values of the database 50. Thus, for a defined clamping angle, it is easy to determine the tension force as well as the desired torque.
On remarque sur ces courbes la présence de trois pentes distinctes avec trois phases de serrage, la première est appelée la zone d'accostage Al du joint 2 qui est une phase préliminaire, la seconde est la zone élastique Bl du joint 2 pendant laquelle le joint 2 est écrasé de manière réversible, et la troisième représente la plastification Cl du joint 2 pendant laquelle le joint 2 est comprimé de manière irréversible. Note on these curves the presence of three distinct slopes with three clamping phases, the first is called the docking area A1 of the seal 2 which is a preliminary phase, the second is the elastic zone B1 of the seal 2 during which the seal 2 is reversibly crushed, and the third represents the plasticization Cl of the gasket 2 during which the gasket 2 is irreversibly compressed.
A partir de chaque courbe, on peut déterminer avec précision les valeurs de couple et d'angle de serrage ainsi 2891049 9 que de l'effort de tension optimum correspondant au début de la zone de plastification, plus précisément dans la partie de cette zone adjacente à la zone élastique dans laquelle une reprise élastique du joint 2 est encore possible malgré le début de plastification. Ainsi, on pourra déterminer les valeurs correspondant à un bon transfert thermique (effet plastique) et une bonne étanchéité. From each curve, the torque and clamping angle values can be accurately determined as well as the optimum tension stress corresponding to the beginning of the plasticizing zone, more precisely in the part of this adjacent zone. to the elastic zone in which an elastic recovery of the seal 2 is still possible despite the start of plasticization. Thus, we can determine the values corresponding to a good heat transfer (plastic effect) and a good seal.
Une fois que la gamme de valeurs optimales de couple et d'angle a été déterminée, on donne aux opérateurs d'un procédé industriel cette gamme de valeurs de couple devant être appliquée pour le montage de bougies d'allumage 1 correspondant à la bougie d'allumage 1 ayant fait l'objet de l'essai préalable sur la culasse 5. Cette gamme de valeurs permet un bon positionnement de la gamme de serrage électrique avec des bornes de couple et d'angle de serrage (a), de l'effort de tension et d'écrasement de joint 2. Once the range of optimum torque and angle values has been determined, operators of an industrial process are given that range of torque values to be applied for mounting spark plugs 1 corresponding to the spark plug. Ignition 1 has been the subject of the preliminary test on the cylinder head 5. This range of values allows a good positioning of the electric clamping range with torque and clamping angle terminals (a), the tension force and seal crush 2.
Sur la figure 3 sont représentée des courbes d'évolution du déplacement (D) de la bougie d'allumage 1 dans son taraudage 7 en fonction de l'effort de tension (F). Les courbes correspondent à différents types de joints a, b, c et d. On remarque aisément les différentes zones de serrage sur ces courbes, c'est-à-dire, la zone d'accostage A2, la zone élastique B2, et la zone de plastification C2. FIG. 3 shows curves of evolution of the displacement (D) of the spark plug 1 in its tapping 7 as a function of the tension force (F). The curves correspond to different types of joints a, b, c and d. The different clamping zones on these curves, that is to say, the docking zone A2, the elastic zone B2, and the plasticizing zone C2, are easily noted.
On remarquera aussi une zone élasto-plastique de transition D2. Cette zone D2 est due à la nature du joint 2, ici, un joint a ou b, et notamment à un type de forme de joint, en S ou en C. Grâce à un tel graphique, on peut donc supposer qu'un effort de tension (ou force de retenue) de 15 kN est sans doute une valeur adéquate pour un serrage d'un joint 2, mais que, selon le joint 2, cet effort de tension sera atteint pour des déplacements de bougie 1 différents. There will also be a transition elastoplastic zone D2. This zone D2 is due to the nature of the seal 2, here a seal a or b, and in particular to a type of joint shape, in S or C. Thanks to such a graph, it can be assumed that an effort The tension (or holding force) of 15 kN is undoubtedly an adequate value for a tightening of a seal 2, but that, according to the seal 2, this tension force will be reached for different candle displacements 1.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 11 |
|
ST | Notification of lapse |
Effective date: 20170531 |