La présente invention concerne un procédé 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 diésel. 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 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 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, 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 étant ainsi ramenée à sa valeur initiale de consigne et cette première chambre étant prête à recevoir une nouvelle injection. Le carburant qui arrive dans la seconde chambre de mesure fait augmenter le volume de cette chambre, 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 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 délivrant 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, pour ce qui est de 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, 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, ce qui conduit à réaliser le piston creux et avec une épaisseur de paroi très faible. - L'ensemble constitué par le cylindre qui délimite la chambre, 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 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. II 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 pour mesurer respectivement la pression et la température régnant dans ladite première chambre, - des moyens pour vidanger au moins partiellement la première chambre de mesure, - en aval de la première chambre, une seconde chambre de mesure dans laquelle est envoyé le carburant vidangé hors de la première chambre, 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 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 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 et par la ou les chambres 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 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 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 volume variable. Les transferts de carburant vers toutes ces chambres 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 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 chambres 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 plus grande capacité que les autres et au moins une chambre de plus petite capacité que les autres, donc au moins deux chambres de capacités et en particulier de sections différentes, la section électronique étant prévue pour piloter l'une et/ou l'autre de ces chambres en fonction des quantités unitaires de carburant injectées à chaque coup. Comme on le comprend, la chambre de plus grande capacité et en particulier de plus grande section possède une précision absolue de mesure assez limitée, tandis que la chambre 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 dispositif de mesure 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 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 implantées. Autrement dit, 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. De toute façon, 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 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 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 ù typiquement 0,001 bar ù 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, de manière connue en soi, 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 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 et se meut un piston 11, soumis à la poussée d'un ressort 12. Le déplacement du piston 11 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 se meut un piston 11a, 11 b, ... 11n, dont le déplacement est détecté par un capteur 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, d'une façon générale, pilote l'ensemble du dispositif et analyse les informations reçues des différents capteurs, et qui en particulier : - 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 25 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 délivrés par les capteurs ou convertisseurs 5a, 5b et 6 associés à la première chambre de mesure 3 ; 30 - reçoit et traite aussi les signaux de déplacement des pistons 11, 11 a, 11 b, ... 11n des autres chambres de mesure 8, 8a, 8b, ... 8n délivrés par les capteurs 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 35 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 8, 8a, 8b, ... 8n augmente donc, ce qui s'accompagne d'un déplacement des pistons correspondants 11, 11a, 11 b, ... 11n. Les capteurs de déplacement 13, 13a, 13b, ... 13n mesurent les déplacements respectifs des pistons 11, 11a, 11 b, ...11n. A chaque déplacement d'un piston 11, 11a, 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 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.
II 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 température avec l'importante quantité de fluide déjà contenue dans cette première chambre 3. Comme il va de soi, et comme il résulte de ce qui précède, l'invention ne se limite pas à la seule forme de réalisation de cet appareil de mesure de quantité de carburant injectée qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'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 15 de volume variable, montées en parallèle ; - en prévoyant que ces chambres de mesure, au lieu d'être toutes identiques, possèdent des capacités différentes, avec au moins une chambre de plus grande capacité et au moins une chambre de plus petite capacité ; 20 - 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 25 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. 30