EP2324232A1 - Dispositif permettant d'analyser le débit d'injection coup par coup fourni par un système d'injection de carburant utilisé dans un moteur thermique de forte puissance - Google Patents

Dispositif permettant d'analyser le débit d'injection coup par coup fourni par un système d'injection de carburant utilisé dans un moteur thermique de forte puissance

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Publication number
EP2324232A1
EP2324232A1 EP09736255A EP09736255A EP2324232A1 EP 2324232 A1 EP2324232 A1 EP 2324232A1 EP 09736255 A EP09736255 A EP 09736255A EP 09736255 A EP09736255 A EP 09736255A EP 2324232 A1 EP2324232 A1 EP 2324232A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring chamber
measuring
chamber
chambers
injection
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09736255A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
François SCHMIDT
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EFS SA
Original Assignee
EFS SA
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Filing date
Publication date
Application filed by EFS SA filed Critical EFS SA
Publication of EP2324232A1 publication Critical patent/EP2324232A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F3/00—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow
    • G01F3/02—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers which expand or contract during measurement
    • G01F3/04—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers which expand or contract during measurement having rigid movable walls
    • G01F3/14—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers which expand or contract during measurement having rigid movable walls comprising reciprocating pistons, e.g. reciprocating in a rotating body
    • G01F3/16—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers which expand or contract during measurement having rigid movable walls comprising reciprocating pistons, e.g. reciprocating in a rotating body in stationary cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M65/00—Testing fuel-injection apparatus, e.g. testing injection timing ; Cleaning of fuel-injection apparatus
    • F02M65/001—Measuring fuel delivery of a fuel injector

Definitions

  • the present invention relates to a device for analyzing the blow-by-blow injection rate provided by a fuel injection system used in a heat engine.
  • the injection systems concerned are notably those fitted to diesel engines.
  • the invention described here applies, more particularly, to injection systems used in high-power engines, and therefore injection systems with a high fuel flow rate.
  • Measuring devices are already known to enable injection and thermal engine manufacturers to carry out the development of the injectors as well as the adjustments and verifications of conformity during manufacture and during the installation of these systems for their end use. These measuring devices are used in conjunction with a specific test bench, whose role is mainly to drive an injection pump in rotation and to support the various elements of the injection system under test. Measurements made with these types of devices must make it possible to know both precisely the values of injected fuel volumes and the times or angles of injection.
  • the device evoked here comprises a first measurement chamber which is a chamber of constant volume into which the fuel is injected, a chamber to which a pressure sensor and a temperature sensor are associated which respectively measure the pressure and the temperature prevailing in the chamber. this chamber, and means for draining at least partially said first measuring chamber.
  • This device also comprises, downstream of the first measuring chamber, a second measurement chamber into which the fuel drained from the first measurement chamber is sent, the volume of the second measuring chamber being variable according to the movement of a piston whose displacement is measured using a displacement sensor.
  • An electronic section controls the entire device, said section also analyzing the information received from the different sensors.
  • the operating principle of this device is as follows:
  • an injection is performed. This causes an increase in the pressure in the first measuring chamber, related to the amount of fuel injected, fuel characteristics, environmental conditions including the temperature and the initial pressure, and the volume of the chamber.
  • the fuel contained in the first measuring chamber is partially emptied into the second measuring chamber, the pressure in the first measuring chamber thus being brought back to its initial target value and this first chamber being ready. then to receive a new injection.
  • the fuel that arrives in the second measuring chamber increases the volume of the second measuring chamber by pushing the piston.
  • the displacement of the piston is measured and, knowing the diameter of the piston, part of the electronic section calculates the exact volume of the fuel. This second measurement allows the electronic section to calibrate, at any time and exactly, the measurements that are made by the first measurement chamber.
  • a fast solenoid valve controlled by a portion of the electronic section, and an overflow are arranged between the two measuring chambers to partially empty the first measuring chamber after an injection to find in this first measuring chamber the pressure that reigned in it before the injection in question.
  • the electronic section advantageously further comprises a compensation function, allowing to take into account a possible difference in pressure in the first measuring chamber after two successive emptying.
  • fuel here used to describe the fluid used in the device, in particular the fluid filling the two measuring chambers and also the injected fluid, denotes a real fuel or, preferably, a fluid which has hydraulic characteristics close to those of a fuel but with a flash point temperature much higher than that of a fuel, to minimize the risk of fire and explosion.
  • first measurement chamber of constant volume makes it possible to accurately supply the "shape" of the injection
  • second measurement chamber, of variable volume makes it possible to measure the quantity of fuel injected.
  • the processing carried out in the electronic section makes it possible to compensate the defects of each of the measurements by the qualities of the other.
  • the existing device is more particularly suitable for injectors that deliver a low or average amount of fuel, typically up to 100 liters per hour.
  • the first measuring chamber which is of constant volume and serves to make an instantaneous measurement of the pressure increase during the injection in this volume already filled with fluid, there is no technical difficulty in simply increasing the dimensions to adapt to a larger flow.
  • a volume typically less than one liter specific to previous embodiments, it is easy to provide a volume of greater value, adapted to the injection pump and / or the injector that is under test.
  • the value of this volume is to be determined so as to obtain a typical increase in the pressure of a few bars or tens of bars, in the first measuring chamber, during a single injection, which leads to a typical volume of a few liters or tens of liters for this room, without these values being limiting.
  • the piston must slide perfectly, without blocking or leakage, in the cylinder which defines the measuring chamber, while the overall temperature of this chamber is generally kept relatively low, typically between 40 and 70 ° C, but that the instantaneous temperature at the nose of the injector is high and can exceed 200 ° C for modern injection systems at very high pressure, typically greater than 2000 bar.
  • the piston must be as light as possible in order to react rapidly to the volume changes resulting from the emptying of fuel in the measuring chamber, which leads to the realization of the piston with a hollow conformation and with a very small wall thickness .
  • the assembly consisting of the cylinder defining the measuring chamber, and the piston slidably mounted in this cylinder, however must be very robust to withstand without damage many cycles of fuel injection, so filling / emptying of this measuring chamber with displacement of the piston.
  • Pistons having a diameter of between 10 and 35 millimeters and which describe a travel of between 1 and 10 millimeters, which corresponds to a unit volume of measurement of between approximately 80 and 10,000 mm 3, are usually produced.
  • the present invention aims to avoid these difficulties, and is therefore intended to provide a solution of the kind considered here but adapted to large injection rates, typically greater than 100 liters per minute, while remaining economical.
  • the subject of the invention is a device for analyzing the blow-by-blow injection rate delivered by a fuel injection system used in a heat engine, the device comprising, in a known manner:
  • a first constant volume measuring chamber into which the fuel is injected, a pressure sensor and a temperature sensor being associated with this first measuring chamber for respectively measuring the pressure and the temperature prevailing in said first measuring chamber,
  • a second measuring chamber into which the fuel drained out of the first measuring chamber is sent, the volume of the second measuring chamber being variable according to the movement of a piston whose displacement is measured using a displacement sensor,
  • an electronic section controlling the device and analyzing the information received from the sensors, so that the partial emptying of the first measurement chamber after injection is made until in this first measurement chamber the pressure prevailing therein is found again; injection, the device being, according to the invention, essentially characterized by the fact that at least one additional measuring chamber, whose volume is variable according to the movement of a piston whose displacement is measured with the aid of a displacement sensor, is mounted downstream of the first measuring chamber, in parallel with the second measuring chamber, so that the fuel drained out of the first measuring chamber is received in the second measuring chamber and / or in the or each additional measuring chamber, the electronic section being provided for measuring and adding the volumes received, for each injection, by the second measurement chamber and by the additional measurement chamber or chambers, so as to obtain a total volume corresponding to the quantity of fuel delivered for an injection stroke.
  • the inventive idea consists in providing two or more measuring chambers of variable volume, mounted in parallel, in place of a single second variable volume measuring chamber.
  • the total volume of fuel, drained out of the first measuring chamber can therefore be divided into two or more other measuring chambers, each of which receives and measures, by the movement of its piston, a partial volume; the addition of all the measured partial volumes provides the total volume injected at each stroke.
  • the electronic section is designed to synchronously control the emptying of the first measuring chamber in the second measuring chamber and in the additional measuring chamber or chambers, in other words all measuring chambers of variable volume. Transfers of fuel to all these measurement chambers are therefore simultaneous, as well as partial volume measurements, the sum of which corresponds to the total volume for an injection shot.
  • This embodiment has the advantage of its simplicity, from the point of view of controlling the device.
  • the electronic section is provided for separately and in particular sequentially controlling the emptying of the first measuring chamber in the second measuring chamber and in the further measuring chamber or chambers. in other words, in the different measuring chambers of variable volume.
  • This other control mode somewhat complicates the control of the device, each variable volume chamber to be controlled separately; however, it has the advantage of regulating the outflow of the first measuring chamber, some of the variable volume measuring chambers receiving fluid while others are already being drained.
  • the second measuring chamber and the one or more measuring chambers are all identical and, in particular, of the same maximum capacity and of the same section which also corresponds to the section of the piston.
  • the measuring chamber of larger capacity and in particular of larger section has a rather limited absolute accuracy of measurement
  • the measurement chamber of smaller capacity and in particular of smaller section has a high accuracy. absolute measurement.
  • the device has a high absolute measurement accuracy when the amount injected is small, while maintaining the ability to measure large quantities injected.
  • the device therefore tends to provide a measurement whose relative accuracy remains substantially constant, which is a desirable advantage for any device or measurement device with a large measurement dynamic, that is to say for accurately measuring as well. small quantities than large quantities. In the present case, it is possible to measure very accurately, that is to say with an absolute precision of the order of one-thousandth of the maximum scale, injected quantities of between 100 mm 3 and 100,000 mm 3 per stroke. 'injection.
  • the device of the invention not only makes it possible to measure higher injection rates than a single-chamber device of variable volume, but it also makes it possible to measure injection rates for higher injection frequencies, in proportion to the number of implanted measuring chambers.
  • the configuration according to the invention is very advantageous because, by a simple adaptation of the parameters of the control software, it becomes possible to measure higher flow rates at higher injection frequencies, without constructive modification of the device.
  • This single figure represents an injector 1, the injection nozzle 2 of which is in a first measuring chamber 3, which is a chamber of constant volume.
  • the first measuring chamber 3 is, in use, filled with a fluid which has hydraulic characteristics similar to those of a fuel, but which has a flashpoint temperature much higher than that of a fuel, so to minimize the risk of fire and explosion.
  • This fluid is also the fluid that is used in the injector 1.
  • a reservoir 4 of this fluid is provided in the device.
  • the first measuring chamber 3 advantageously comprises, as a pressure sensor, a dynamic pressure converter 5a and a static pressure converter 5b.
  • the dynamic pressure converter 5a feasible in the form of a piezoelectric converter, is responsible for measuring the dynamic component for which a high resolution is sought - typically 0.001 bar - and a fast response.
  • the static pressure converter 5b which can be produced in the form of a piezoresistive converter, is responsible for measuring the static component for which essentially a large dynamic range is sought, typically from 1 to 250 bars.
  • the first measurement chamber 3 is also equipped with a temperature sensor 6, fast response.
  • the first measuring chamber 3 has an outlet 7 which is directed towards a second measuring chamber 8, thus located (with reference to the direction of flow of the fluid) downstream of the first measuring chamber 3.
  • a solenoid valve 9 is disposed between the first measuring chamber 3 and the second measuring chamber 8.
  • the second measurement chamber 8 is a chamber of variable volume. It is made as a cylinder 10 in which is slidably mounted a piston 11, subjected to the thrust of a spring 12. The displacement of the piston 1 1 is detected by a displacement sensor 13, for example made in the form of a Inductive sensor. A temperature converter 14 is further associated with the second measuring chamber 8.
  • Each additional measuring chamber 8a, 8b, ... 8n is also a chamber of variable volume, made as a cylinder 10a, 10b, ... 10n in which is slidably mounted a piston 11a, 11b, ... 11n, whose displacement is detected by a displacement sensor 13a, 13b, ... 13n.
  • a solenoid valve 9a, 9b, ... 9n On each of these circuit branches, between the outlet 7 of the first measuring chamber 3 and the additional measuring chamber 8a, 8b, ... 8n corresponding, is arranged a solenoid valve 9a, 9b, ... 9n.
  • the respective drain channels 15a, 15b, ... 15n of all the circuit branches each comprise a drain solenoid valve 16a, 16b, ... 16n, and these drain channels 15a, 15b, ... 15n meet between them and the drain channel 15 to bring the fluid back to the tank 4.
  • the device also comprises, in a manner not shown, an electronic section which controls the entire device and analyzes the information received from the different sensors.
  • the electronic section which controls the entire device and analyzes the information received from the different sensors.
  • the electronic section :
  • the solenoid valves 9, 9a, 9b, 9n are controlled to direct the fluid coming from the outlet 7 of the first measuring chamber 3 towards one or the other of the other measuring chambers 8, 8a, 8b, ... 8n; - Control the drain solenoid valves 16, 16a, 16b, ... 16n associated with these other measuring chambers 8, 8a, 8b, ... 8n to drain and return the fluid to the tank 4;
  • the injector 1 carries out, through its nozzle 2, a fluid injection in the first measuring chamber 3. Thanks to the converters 5a and 5b, the pressure is measured and in particular the pressure in the first measuring chamber 3 is increased. , which makes it possible to determine the curve of the injected fluid flow as a function of time, possibly making a correction as a function of the temperature detected by the sensor 6. When the pressure in this first measuring chamber 3 no longer increases, deduce that the injection is complete.
  • the solenoid valves 9, 9a, 9b, ... 9n are then opened, either synchronously or separately and in particular sequentially, to transfer the fluid from the first measurement chamber 3 to the other measurement chambers 8, 8a, 8b, ... 8n.
  • the volume of these measuring chambers 8, 8a, 8b, ... 8n therefore increases, which is accompanied by a displacement of the corresponding pistons 11, 11a, 11b, ... 11n.
  • the displacement sensors 13, 13a, 13b,... 13n measure the respective displacements of the pistons 1 1, 11 a, 11 b, ... 11 n.
  • Each movement of a piston 11, 11a, 11b, ... 11n corresponds to a volume variation of the measuring chamber 8, 8a, 8b, ... 8n corresponding.
  • the electronic section determines this variation in volume, by correcting it according to the signal supplied by the temperature sensors, such as the converter 14.
  • the electronic section adds the partial volumes of fluid determined for the different measuring chambers 8, 8a, 8b, ... 8n, so as to obtain a total volume, which corresponds to the quantity of fluid which has been injected into the first measuring chamber 3.
  • the electronic section also controls the different solenoid valves 16, 16a, 16b, ... 16n to bring the fluid into the tank 4 and to allow the return of the pistons 11, 11a, 11b, ... 11 n in their position initial, while the pressure in the first measuring chamber 3 returns to its initial set value. A new injection can then take place in this first measurement chamber 3, and so on ...
  • the device can operate either using all measuring chambers 8, 8a, 8b, ... 8n of variable volume, or only some of these measuring chambers.
  • the temperature can be measured and taken into account in various other places, in particular just upstream of the first measurement chamber 3, by an additional temperature sensor 18, to appreciate the rapid temperature variations of the injected fluid. before it is mixed and therefore equalized in temperature with the large amount of fluid already contained in this first chamber 3. It is not departing from the scope of the invention:
  • these measuring chambers instead of being all identical, have different capacities from each other, with at least one measuring chamber of greater capacity and at least one measuring chamber of smaller capacity;
  • variable volume measuring chambers by providing for a somewhat different operation, in particular with, for one or more of the variable volume measurement chambers, two or more partial filling / emptying cycles for measuring the quantity of fuel injected at each injection stroke, and with the addition of the partial volume measurements thus made, which makes it possible to adapt the device to even higher injection rates, without increasing the size of the device at the level of the variable volume measuring chambers.

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Abstract

Le dispositif comprend une première chambre de mesure (3) de volume constant dans laquelle est injecté le carburant, des capteurs de pression (5a, 5b) et de température (6) associés à cette première chambre (3), et une seconde chambre de mesure (8) située en aval de la première, dans laquelle est envoyé le carburant vidangé lors de la première chambre. Le volume de la seconde chambre (8) est variable selon le déplacement d'un piston (11) dans le déplacement est mesuré à l'aide d'un capteur (13). Une ou plusieurs chambres de mesure supplémentaires (8a, 8b,... 8n), de volume variable, sont montées en parallèle avec la seconde chambre (8) et reçoivent aussi le carburant vidangé lors de la première chambre (3), les volumes reçus dans ces différentes chambres étant additionnés pour obtenir le volume total délivré pour un coup d'injection. Ce dispositif s'applique aux gros débits d'injection.

Description

Dispositif permettant d'analyser le débit d'injection coup par coup fourni par un système d'injection de carburant utilisé dans un moteur thermique de forte puissance.
La présente invention concerne un dispositif permettant d'analyser le débit d'injection coup par coup fourni par un système d'injection de carburant utilisé dans un moteur thermique. Les systèmes d'injection concernés sont notamment ceux équipant les moteurs diesel. L'invention ici décrite s'applique, plus particulièrement, à des systèmes d'injection utilisés dans des moteurs de forte puissance, donc des systèmes d'injection à fort débit de carburant.
On connaît déjà des dispositifs de mesure conçus pour permettre aux constructeurs de systèmes d'injection et de moteurs thermiques d'effectuer la mise au point des injecteurs ainsi que les réglages et les vérifications de conformité en cours de fabrication et lors de l'installation de ces systèmes pour leur utilisation finale. Ces dispositifs de mesure sont utilisés en conjonction avec un banc d'essai spécifique, dont le rôle est principalement d'entraîner en rotation une pompe d'injection et de supporter les différents éléments du système d'injection en cours de test. Les mesures faites avec ce genre de dispositifs doivent permettre de connaître à la fois précisément les valeurs de volumes de carburant injectés et les temps ou angles d'injection.
A cet effet, on connaît déjà par le brevet français FR 2795139 A ou son équivalent le brevet européen EP 1187987 B1 , au nom du Demandeur, un dispositif permettant d'analyser instantanément le débit d'injection coup par coup fourni par un système d'injection utilisé dans un moteur thermique, ce dispositif se caractérisant essentiellement par la combinaison de deux chambres de mesure.
Ainsi, le dispositif ici évoqué comporte une première chambre de mesure qui est un chambre de volume constant dans laquelle est injecté le carburant, chambre à laquelle sont associés un capteur de pression et un capteur de température qui mesurent respectivement la pression et la température régnant dans cette chambre, ainsi que des moyens permettant de vidanger au moins partiellement ladite première chambre de mesure.
Ce dispositif comporte aussi, en aval de la première chambre de mesure, une seconde chambre de mesure dans laquelle est envoyé le carburant vidangé hors de la première chambre de mesure, le volume de la seconde chambre de mesure étant variable selon le mouvement d'un piston dont le déplacement est mesuré à l'aide d'un capteur de déplacement.
Une section électronique pilote l'ensemble du dispositif, ladite section analysant aussi les informations reçues des différents capteurs. Le principe de fonctionnement de ce dispositif est le suivant :
Lorsque le dispositif est prêt à effectuer une mesure, c'est-à-dire lorsque du carburant est présent dans les deux chambres de mesure et qu'une pression de consigne prédéterminée règne dans la première chambre de mesure, une injection est réalisée. Celle-ci provoque une augmentation de la pression dans la première chambre de mesure, liée à la quantité de carburant injectée, aux caractéristiques du carburant, aux conditions d'environnement et notamment la température et la pression initiale, et au volume de la chambre. A la fin de l'injection, le carburant contenu dans la première chambre de mesure est partiellement vidangé dans la seconde chambre de mesure, la pression dans la première chambre de mesure étant ainsi ramenée à sa valeur initiale de consigne et cette première chambre étant prête alors à recevoir une nouvelle injection. Le carburant qui arrive dans la seconde chambre de mesure fait augmenter le volume de cette seconde chambre de mesure, en poussant le piston. Le déplacement du piston est mesuré et, connaissant le diamètre du piston, une partie de la section électronique calcule le volume exact du carburant. Cette deuxième mesure permet à la section électronique de calibrer, à tout instant et très exactement, les mesures qui sont faites par la première chambre de mesure.
Dans une forme de réalisation avantageuse du dispositif, décrite dans les documents de brevets précités, une électrovanne rapide pilotée par une partie de la section électronique, et un déverseur, sont disposés entre les deux chambres de mesure pour vidanger partiellement la première chambre de mesure après une injection jusqu'à retrouver dans cette première chambre de mesure la pression qui régnait dans celle-ci avant l'injection considérée. Dans ce cas, la section électronique comporte encore avantageusement une fonction de compensation, permettant de tenir compte d'une éventuelle différence de pression dans la première chambre de mesure après deux vidanges successives.
Le terme « carburant », ici employé pour qualifier le fluide utilisé dans le dispositif, en particulier le fluide remplissant les deux chambres de mesure et aussi le fluide injecté, désigne un véritable carburant ou, de préférence, un fluide qui présente des caractéristiques hydrauliques proches de celles d'un carburant mais avec une température de point d'éclair bien plus élevée que celle d'un carburant, afin de minimiser les risques d'incendie et d'explosion. Dans l'ensemble, la première chambre de mesure, de volume constant, permet de fournir avec précision la « forme » de l'injection, tandis que la seconde chambre de mesure, de volume variable, permet de mesurer la quantité de carburant injectée. Le traitement effectué dans la section électronique permet de compenser les défauts de chacune des mesures par les qualités de l'autre.
Le dispositif existant, rappelé ci-dessus, est plus particulièrement adapté à des injecteurs qui délivrent une quantité de carburant faible ou moyenne, typiquement jusqu'à 100 litres par heure.
Pour la mise au point d'injecteurs et de moteurs de forte puissance, tels que ceux utilisés pour la propulsion des navires ou pour l'entraînement de groupes électrogènes de grande taille, il est nécessaire de pouvoir effectuer des mesures de débit d'injection instantané, coup par coup, pour des débits plus importants.
La réalisation à cet effet d'un dispositif de mesure de plus grande taille, simplement homothétique du dispositif connu rappelé ci-dessus, se heurte à des difficultés pour réaliser la seconde chambre de mesure, c'est-à- dire la chambre de volume variable qui sert à effectuer une mesure volumique par l'intermédiaire du déplacement d'un piston.
Pour la première chambre de mesure, qui est de volume constant et sert à réaliser une mesure instantanée de l'augmentation de pression pendant l'injection dans ce volume déjà rempli de fluide, il n'existe pas de difficulté technique à en augmenter simplement les dimensions pour l'adapter à un débit plus important. Au lieu d'un volume typiquement inférieur à un litre, propre aux réalisations antérieures, il est aisé de prévoir un volume de valeur supérieure, adaptée à la pompe d'injection et/ou à l'injecteur qui se trouve en essai. La valeur de ce volume est à déterminer de manière à obtenir une augmentation typique de la pression de quelques bars ou dizaines de bars, dans la première chambre de mesure, au cours d'une seule injection, ce qui conduit à un volume typique de quelques litres ou dizaines de litres pour cette chambre, sans que ces valeurs soient limitatives. Ainsi, il n'y aurait pas d'inconvénient de principe à utiliser des volumes encore beaucoup plus importants, si nécessaire, pour mesurer de très gros débits instantanés. La réalisation d'un tel volume reste en effet simple, et ne pose pas de problème technique particulier. Elle peut éventuellement impliquer de réaliser une pièce relativement épaisse donc lourde, du fait qu'elle doit résister à une pression interne pouvant s'élever typiquement jusqu'à 200 bars, mais ces conditions ou exigences ne sont pas inhabituelles pour une instrumentation du type ici concerné. De plus, s'agissant de réaliser une chambre de volume constant, sans pièce mobile ni autre élément délicat, cette pièce ne sera pas coûteuse et elle sera particulièrement robuste, quel que soit son volume intérieur. Par contre, en ce qui concerne la seconde chambre de mesure de volume variable avec piston intérieur, des difficultés se présentent car cette chambre doit répondre à des impératifs techniques très stricts, dont les principaux sont les suivants :
- Le piston doit coulisser parfaitement, sans blocage ni fuites, dans le cylindre qui délimite la chambre de mesure, alors que la température globale de cette chambre est en général maintenue relativement basse, typiquement entre 40 et 70° C, mais que la température instantanée au niveau du nez de l'injecteur est élevée et peut dépasser 200° C pour les systèmes d'injection modernes à très haute pression, typiquement supérieure à 2000 bars.
- Le piston doit être le plus léger possible afin de réagir rapidement aux variations de volume résultant de la vidange de carburant dans la chambre de mesure, ce q u i cond u it à réaliser le piston avec une conformation creuse et avec une épaisseur de paroi très faible. - L'ensemble constitué par le cylindre qui délimite la chambre de mesure, et par le piston monté coulissant dans ce cylindre, doit cependant être très robuste pour supporter sans dommages de très nombreux cycles d'injections de carburant, donc de remplissage/vidange de cette chambre de mesure avec déplacement du piston. On réalise habituellement des pistons dont le diamètre est compris entre 10 et 35 millimètres, et qui décrivent une course comprise entre 1 et 10 millimètres, ce qui correspond à un volume unitaire de mesure compris entre 80 et 10000mm3 environ. Il est d'expérience courante que les difficultés de réalisation croissent, aussi bien lorsqu'on essaye de réaliser des pistons d'un diamètre inférieur à 10 mm que lorsqu'on souhaite fabriquer des pistons d'un diamètre supérieur à 35 mm. En particulier, une augmentation de diamètre du piston, en vue d'adapter le dispositif et en particulier sa seconde chambre de mesure à des débits ou volumes élevés, ne serait donc pas une solution satisfaisante.
La présente invention vise à éviter ces difficultés, et elle a donc pour but de fournir une solution du genre ici considéré mais adaptée aux gros débits d'injection, typiquement supérieurs à 100 litres par minute, tout en restant économique.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif permettant d'analyser le débit d'injection coup par coup fourni par un système d'injection de carburant utilisé dans un moteur thermique, le dispositif comprenant, de façon connue :
- une première chambre de mesure de volume constant dans laquelle est injecté le carburant, un capteur de pression et un capteur de température étant associés à cette première chambre de mesure pour mesurer respectivement la pression et la température régnant dans ladite première chambre de mesure,
- des moyens pour vidanger au moins partiellement la première chambre de mesure,
- en aval de la première chambre de mesure, une seconde chambre de mesure dans laquelle est envoyé le carburant vidangé hors de la première chambre de mesure, le volume de la seconde chambre de mesure étant variable selon le mouvement d'un piston dont le déplacement est mesuré à l'aide d'un capteur de déplacement,
- une section électronique pilotant le dispositif et analysant les informations reçues des capteurs, de telle sorte que la vidange partielle de la première chambre de mesure après injection soit faite jusqu'à retrouver dans cette première chambre de mesure la pression régnant dans celle-ci avant l'injection, le dispositif étant, selon l'invention, essentiellement caractérisé par le fait qu'au moins une chambre de mesure supplémentaire, dont le volume est variable selon le mouvement d'un piston dont le déplacement est mesuré à l'aide d'un capteur de déplacement, est montée en aval de la première chambre de mesure, en parallèle avec la seconde chambre de mesure, de sorte que le carburant vidangé hors de la première chambre de mesure est reçu dans la seconde chambre de mesure et/ou dans la ou chaque chambre de mesure supplémentaire, la section électronique étant prévue pour mesurer et additionner les volumes reçus, pour chaque injection, par la seconde chambre de mesure et par la ou les chambres de mesure supplémentaires, de manière à obtenir un volume total correspondant à la quantité de carburant délivrée pour un coup d'injection. Ainsi, l'idée inventive consiste à prévoir deux ou plusieurs chambres de mesure de volume variable, montées en parallèle, en lieu et place d'une unique seconde chambre de mesure de volume variable. Le volume total de carburant, vidangé hors de la première chambre de mesure, peut donc être réparti dans deux ou plusieurs autres chambres de mesure, dont chacune reçoit et mesure, par le déplacement de son piston, un volume partiel ; l'addition de tous les volumes partiels mesurés fournit le volume total injecté à chaque coup.
En conséquence, même pour un débit d'injection élevé, et en multipliant les chambres de mesure de volume variable montées en parallèle, il devient possible de conserver pour toutes ces chambres des dimensions limitées, et en particulier des pistons dont le diamètre ne dépasse pas la valeur maximale souhaitable.
Selon un mode de réalisation du dispositif objet de l'invention, la section électronique est prévue pour commander de manière synchrone la vidange de la première chambre de mesure dans la seconde chambre de mesure et dans la ou les chambres de mesure supplémentaires, autrement dit dans toutes les chambres de mesure de volume variable. Les transferts de carburant vers toutes ces chambres de mesure sont donc simultanés, de même que les mesures des volumes partiels dont la somme correspond au volume total pour un coup d'injection. Ce mode de réalisation a pour avantage sa simplicité, du point de vue du pilotage du dispositif.
Selon un autre mode de réalisation du dispositif objet de l'invention, la section électronique est prévue pour commander de façon séparée et notamment séquentielle la vidange de la première chambre de mesure dans la seconde chambre de mesure et dans la ou les chambres de mesure supplémentaires, autrement dit dans les différentes chambres de mesure de volume variable. Cet autre mode de pilotage complique un peu le pilotage du dispositif, chaque chambre de volume variable devant être pilotée séparément ; toutefois, il possède l'avantage de régulariser le débit sortant de la première chambre de mesure, certaines des chambres de mesure de volume variable recevant du fluide pendant que d'autres sont déjà en cours de vidange. Dans la conception la plus simple du dispositif, la seconde chambre de mesure et la ou les chambres de mesure supplémentaires sont toutes identiques et, en particulier, de même capacité maximale et de même section qui correspond aussi à la section du piston. Toutefois, il est avantageux que, parmi la seconde chambre de mesure et la ou les chambres de mesure supplémentaires, il existe au moins une chambre de mesure de plus grande capacité que les autres et au moins de mesure une chambre de plus petite capacité que les autres, donc au moins deux chambres de mesure de capacités et en particulier de sections différentes, la section électronique étant prévue pour piloter l'une et/ou l'autre de ces chambres de mesure en fonction des quantités unitaires de carburant injectées à chaque coup. Comme on le comprend, la chambre de mesure de plus grande capacité et en particulier de plus grande section possède une précision absolue de mesure assez limitée, tandis que la chambre de mesure de plus petite capacité et en particulier de plus petite section possède une grande précision absolue de mesure. Ainsi, le dispositif possède une grande précision absolue de mesure lorsque la quantité injectée est petite, tout en conservant la possibilité de mesurer de grandes quantités injectées. Le dispositif tend donc à procurer une mesure dont la précision relative reste sensiblement constante, ce qui est un avantage recherché pour tout appareil ou d ispositif de mesu re à grande dynamique de mesure, c'est-à-dire permettant de mesurer précisément aussi bien de petites quantités que de grandes quantités. Dans le cas présent, on peut mesurer très correctement, c'est-à-dire avec une précision absolue de l'ordre du millième de l'échelle maximum, des quantités injectées comprises entre 100 mm3 et 100 000 mm3 par coup d'injection.
On notera que, grâce à son principe d'utilisation combinée de plusieurs chambres de mesure de volume variable, le dispositif de l'invention permet non seulement de mesurer des débits d'injection plus élevés qu'un dispositif à chambre unique de volume variable, mais encore il permet de mesurer des débits d'injection pour des fréquences d'injection plus élevées, ceci proportionnellement au nombre de chambres de mesure implantées.
Autrement d it, la configuration selon l' invention est très avantageuse du fait que, par une simple adaptation des paramètres du logiciel de pilotage, il devient possible de mesurer des débits plus importants à des fréquences d'injection plus importantes, sans modification constructive du dispositif. Ceci rend le dispositif, objet de l'invention, particulièrement bien adapté pour la caractérisation des systèmes d'injection réels qui, effectivement, injectent des quantités unitaires, coup par coup, plus importantes à bas régime de rotation du moteur et des quantités unitaires plus faibles, mais plus fréquentes, au fur et à mesure que le régime de rotation du moteur augmente.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme de réalisation de ce dispositif d'analyse du débit d'injection coup par coup fourni par un système d'injection de carburant. L'unique figure de dessin montre, de manière très schématique, la partie mécanique d'un appareil de mesure de quantité de carburant injectée, conforme à la présente invention.
Cette unique figure représente un injecteur 1 , dont la buse d'injection 2 se trouve dans une première chambre de mesure 3, qui est une chambre de volume constant. La première chambre de mesure 3 est, en utilisation, remplie d'un fluide qui présente des caractéristiques hydrauliques proches de celles d'un carburant, mais qui possède une température de point d'éclair beaucoup plus élevée que celle d'un carburant, afin de minimiser les risques d'incendie et d'explosion. Ce fluide est également le fluide qui est utilisé dans l'injecteur 1. Un réservoir 4 de ce fluide est prévu dans le dispositif.
Dans l'exemple illustré, la première chambre de mesure 3 comporte de façon avantageuse, en tant que capteur de pression, un convertisseur de pression dynamique 5a et un convertisseur de pression statique 5b. Le convertisseur de pression dynamique 5a, réalisable sous la forme d'un convertisseur piézoélectrique, est chargé de mesurer la composante dynamique pour laquelle on cherche une grande résolution - typiquement 0,001 bar - et une réponse rapide. Le convertisseur de pression statique 5b, réalisable sous la forme d'un convertisseur piézorésistif, est chargé de mesurer la composante statique pour laquelle on cherche essentiellement une grande dynamique, typiquement de 1 à 250 bars.
La première chambre de mesure 3 est aussi équipée d'un capteur de température 6, à réponse rapide.
La première chambre de mesure 3 comporte une sortie 7 qui est dirigée vers une seconde chambre de mesure 8, ainsi située (par référence au sens de circulation du fluide) en aval de la première chambre de mesure 3. Une électrovanne 9 est disposée entre la première chambre de mesure 3 et la seconde chambre de mesure 8.
La seconde chambre de mesure 8 est une chambre de volume variable. Elle est réalisée comme un cylindre 10 dans lequel est monté coulissant un piston 11 , soumis à la poussée d'un ressort 12. Le déplacement du piston 1 1 est détecté par un capteur de déplacement 13, par exemple réalisé sous la forme d'un capteur inductif. Un convertisseur de température 14 est en outre associé à la seconde chambre de mesure 8.
De cette seconde chambre de mesure 8, part un canal de vidange 15, dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par une électrovanne de vidange 16, en aval de laquelle est placé un clapet anti-retour 17. Le canal de vidange 15 ramène le fluide au réservoir 4 déjà mentionné.
Selon l'invention, des chambres de mesure supplémentaires 8a,
8b, ... 8n sont montées en aval de la première chambre de mesure 3, dans des branches de circuit de fluide en parallèle avec la branche de circuit qui comporte la seconde chambre de mesure 8. Chaque chambre de mesure supplémentaire 8a, 8b, ... 8n est elle aussi une chambre de volume variable, réalisée comme un cylindre 10a, 10b, ... 10n dans lequel est monté coulissant un piston 11 a, 11 b, ... 11 n, dont le déplacement est détecté par un capteur dedéplacement 13a, 13b, ...13n.
Sur chacune de ces branches de circuit, entre la sortie 7 de la première chambre de mesure 3 et la chambre de mesure supplémentaire 8a, 8b, ... 8n correspondante, est disposée une électrovanne 9a, 9b, ... 9n. Les canaux de vidange respectifs 15a, 15b, ... 15n de toutes les branches de circuit comportent chacun une électrovanne de vidange 16a, 16b, ...16n, et ces canaux de vidange 15a, 15b, ... 15n se réunissent entre eux et au canal de vidange 15 pour ramener le fluide au réservoir 4.
Le dispositif comporte encore, d'une manière non représentée, une section électronique qui pilote l'ensemble du dispositif et analyse les informations reçues des différents capteurs. En particulier, la section électronique :
- commande les électrovannes 9, 9a, 9b, ...9n pour aiguiller le fluide provenant de la sortie 7 de la première chambre de mesure 3, vers l'une ou l'autre des autres chambres de mesure 8, 8a, 8b, ... 8n ; - commande les électrovannes de vidange 16, 16a, 16b, ...16n associées à ces autres chambres de mesure 8, 8a, 8b, ... 8n afin de les vidanger et de ramener le fluide au réservoir 4 ;
- reçoit et traite les signaux de mesure de pression et de température délivrés par les capteurs ou convertisseurs 5a, 5b et 6 associés à la première chambre de mesure 3 ;
- reçoit et traite aussi les signaux de déplacement des pistons 11 , 11 a, 1 1 b, ... 1 1 n des autres chambres de mesure 8, 8a, 8b, ... 8n délivrés par les capteurs de déplacement correspondants 13, 13a, 13b, ...13n. Lors de l'utilisation du dispositif, pour remplir la première chambre de mesure 3, du fluide est pompé dans le réservoir 4 à l'aide d'une pompe (non représentée). Le fluide qui remplit cette première chambre de mesure 3 possède, initialement, une pression égale à une valeur de consigne prédéterminée. La mesure proprement dite peut alors commencer, selon le processus décrit ci-après :
L'injecteur 1 réalise, par sa buse 2, une injection de fluide dans la première chambre de mesure 3. Grâce aux convertisseurs 5a et 5b, on mesure alors la pression et notamment l'augmentation de la pression dans la première chambre de mesure 3, ce qui permet de déterminer la courbe du débit de fluide injecté en fonction du temps, en effectuant éventuellement une correction en fonction de la température détectée par le capteur 6. Lorsque la pression dans cette première chambre de mesure 3 n'augmente plus, on en déduit que l'injection est terminée.
Les électrovannes 9, 9a, 9b, ... 9n sont alors ouvertes, soit de façon synchrone, soit de façon séparée et notamment séquentielle, pour transférer le fluide depuis la première chambre de mesure 3 vers les autres chambres de mesure 8, 8a, 8b, ... 8n. Le volume de ces chambres de mesure 8, 8a, 8b, ... 8n augmente donc, ce qui s'accompagne d'un déplacement des pistons correspondants 11 , 11 a, 11 b, ... 11 n. Les capteurs de déplacement 13, 13a, 13b, ... 13n mesurent les déplacements respectifs des pistons 1 1 , 11 a, 11 b, ...11 n.
A chaque déplacement d'un piston 11 , 11 a, 11 b, ...11 n il correspond une variation de volume de la chambre de mesure 8, 8a, 8b, ... 8n correspondante. La section électronique détermine cette variation de volume, en la corrigeant en fonction du signal fourni par les capteurs de température, tels que le convertisseur 14. De plus, la section électronique additionne les volumes partiels de fluide déterminés pour les différentes chambres de mesure 8, 8a, 8b, ... 8n, de manière à obtenir un volume total, lequel correspond à la quantité de fluide qui a été injectée dans la première chambre de mesure 3.
La section électronique pilote aussi les différentes électrovannes de vidanges 16, 16a, 16b, ... 16n pour ramener le fluide dans le réservoir 4 et pour permettre le retour des pistons 11 , 11a, 11 b, ...11 n dans leur position initiale, tandis que la pression dans la première chambre de mesure 3 retrouve sa valeur de consigne initiale. Une nouvelle injection peut alors avoir lieu dans cette première chambre de mesure 3, et ainsi de suite... En fonction du débit d'injection, et par un pilotage adapté des électrovannes 9, 9a, 9b, ... 9n, le dispositif peut fonctionner soit en utilisant toutes les chambres de mesure 8, 8a, 8b, ... 8n de volume variable, soit seulement certaines de ces chambres de mesure.
Il est à noter que la température peut être mesurée et prise en compte en différents autres endroits, en particulier juste en amont de la première chambre de mesure 3, par un capteur de température supplémentaire 18, pour apprécier les variations rapides de température du fluide injecté avant qu'il soit mélangé et donc égalisé en la température avec l'importante quantité de fluide déjà contenue dans cette première chambre 3. On ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention :
- par des modifications des détails constructifs du dispositif ;
- en prévoyant un nombre quelconque de chambres de mesure de volume variable, montées en parallèle ;
- en prévoyant que ces chambres de mesure, au lieu d'être toutes identiques, possèdent des capacités différentes les unes des autres, avec au moins une chambre de mesure de plus grande capacité et au moins une chambre de mesure de plus petite capacité ;
- en prévoyant un fonctionnement quelque peu différent, notamment avec, pour une ou plusieurs des chambres de mesure de volume variable, deux ou plusieurs cycles de remplissage/vidange partiels pour la mesure de la quantité de carburant injectée à chaque coup d'injection, et avec addition des mesures volumiques partielles ainsi effectuées, ce qui permet d'adapter le dispositif à des débits d'injection encore plus élevés, sans augmenter la grosseur du dispositif au niveau des chambres de mesure de volume variable.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif permettant d'analyser le débit d'injection coup par coup fourni par un système d'injection utilisé dans un moteur thermique, le dispositif comprenant :
- une première chambre de mesure (3) de volume constant dans laquelle est injecté le carburant, un capteur de pression (5a, 5b) et un capteur de température (6) étant associés à cette première chambre de mesure (3) pour mesurer respectivement la pression et la température régnant dans ladite première chambre de mesure (3),
- des moyens (7, 9) pour vidanger au moins partiellement la première chambre de mesure (3),
- en aval de la première chambre de mesure (3), une seconde chambre de mesure (8) dans laquelle est envoyé le carburant vidangé hors de la première chambre de mesure (3), le volume de la seconde chambre de mesure (8) étant variable selon le mouvement d'un piston (11 ) dont le déplacement est mesuré à l'aide d'un capteur de déplacement (13),
- une section électronique pilotant le dispositif et analysant les informations reçues des capteurs, de telle sorte que la vidange partielle de la première chambre de mesure (3) après injection soit faite jusqu'à retrouver dans cette première chambre de mesure (3) la pression régnant dans celle-ci avant l'injection, caractérisé en ce qu'au moins une chambre de mesure supplémentaire (8a, 8b, ... 8n), dont le volume est variable selon le mouvement d'un piston (1 1 a, 1 1 b, ... 1 1 n) dont le déplacement est mesuré à l'aide d'un capteur de déplacement (13a, 13b, ... 13n), est montée en aval de la première chambre de mesure (3), en parallèle avec la seconde chambre de mesure (8), de sorte que le carburant vidangé hors de la première chambre de mesure (3) est reçu dans la seconde chambre de mesure (8) et/ou dans la ou chaque chambre de mesure supplémentaire (8a, 8b, ... 8n), la section électronique étant prévue pour mesurer et additionner les volumes reçus, pour chaque injection, par la seconde chambre de mesure (8) et par la ou les chambres de mesure supplémentaires (8a, 8b, ... 8n), de manière à obtenir un volume total correspondant à la quantité de carburant délivrée pour un coup d'injection.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la section électronique est prévue pour commander de manière synchrone la vidange de la première chambre de mesure (3) dans la seconde chambre de mesure (8) et dans la ou les chambres de mesure supplémentaires (8a, 8b, ... 8n), autrement dit dans toutes les chambres de mesure de volume variable.
3. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la section électronique est prévue pour commander de façon séparée et notamment séquentielle la vidange de la première chambre de mesure (3) dans la seconde chambre de mesure (8) et dans la ou les chambres de mesure supplémentaires (8a, 8b, ... 8n), autrement dit dans les différentes chambres de mesure de volume variable.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la seconde chambre de mesure (8) et la ou les chambres de mesure supplémentaires (8a, 8b, ... 8n) sont toutes identiques et, en particulier, de même capacité maximale et de même section, qui correspond aussi à la section du piston (11 , 11a, 11 b, ... 11 n).
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, parmi la seconde chambre de mesure (8) et la ou les chambres de mesure supplémentaires (8a, 8b, ... 8n), il existe au moins une chambre de mesure de plus grande capacité que les autres et au moins une chambre de mesure de plus petite capacité que les autres, donc au moins deux chambres de mesure de capacités et en particulier de sections différentes, la section électronique étant prévue pour piloter l'une et/ou l'autre de ces chambres de mesure en fonction des quantités unitaires de carburant injectées à chaque coup.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le capteur de pression, associé à la première chambre de mesure (3) de volume constant, comporte un convertisseur de pression dynamique (5a) et un convertisseur de pression statique (5b).
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