La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure d'une quantité de fluide injectée par un injecteur.

La présente invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif de mesure d'une quantité de fluide injectée de manière intermittente ou au coup par coup par un injecteur.

Le dispositif de mesure trouve une application particulière dans les systèmes d'injection de carburant, utilisés dans les moteurs thermiques, sous la forme d'un dispositif de mesure d'une quantité de carburant injectée. Cependant, la présente invention ne se limite pas à une telle application dans les moteurs thermiques, mais peut trouver des applications dans d'autres domaines de mesure de quantité de fluide, sous forme liquide ou gazeuse.

Dans le domaine des systèmes d'injection de carburant, il est connu, notamment du document FR 2 795 139 A1 , d'employer un dispositif de mesure comportant une chambre de mesure dans laquelle est injecté le fluide, un dispositif d'injection du fluide dans la chambre de mesure, un capteur de pression et un capteur de température disposés dans la chambre de mesure et adaptés pour mesurer respectivement la pression et la température régnant dans cette chambre de mesure.

En d'autres termes, il est d'usage d'employer une chambre de mesure fermée, dans laquelle le fluide est injecté, et au sein de laquelle on mesure au moins la variation de pression et, en complément, la température.

La Demanderesse a cependant observé qu'une difficulté de la mesure des variations de pression tient au fait que la chambre de mesure est le siège d'ondes de pression qui limitent la précision lorsqu'on cherche à mesurer de telles variations de pression pour des petites quantités de fluide injectées dans la chambre de mesure de manière intermittente ou au coup par coup (sous forme d'impulsions) comme cela est le cas dans des systèmes d'injection de carburant. En d'autres termes, le problème essentiel de ces mesures de pression extrêmement transitoires est celui des ondes de pression qui se réfléchissent dans la chambre de mesure et qui rendent la mesure extrêmement difficile et imprécise.

La présente invention a pour but d'améliorer la précision de la mesure de la variation de pression dans la chambre de mesure en atténuant les ondes de pression perturbatrices.

A cet effet, elle propose un dispositif de mesure d'une quantité de fluide injectée par un injecteur comportant une chambre de mesure dans laquelle est injecté le fluide, un dispositif d'injection du fluide dans ladite chambre de mesure, au moins un capteur de pression disposé dans ladite chambre de mesure et adapté pour mesurer la pression régnant dans ladite chambre de mesure, ledit dispositif étant remarquable en ce que la chambre de mesure présente une forme générale ellipsoïdale, notamment du type ellipsoïde de révolution, présentant un premier et un second foyers, en ce que le dispositif d'injection comporte un orifice d'injection positionné sur le premier foyer de ladite chambre de mesure, et en ce que le capteur de pression est positionné sur le second foyer de ladite chambre de mesure.

Pour un ellipsoïde à deux foyers, la longueur du trajet entre les deux foyers après une unique réflexion sur l'enveloppe de l'ellipsoïde est constant quelque soit la localisation du point de réflexion sur l'enveloppe.

Ainsi, à l'intérieur de la chambre de mesure ellipsoïdale à deux foyers (et donc non sphérique), les trajets des ondes de pression entre le point de départ (orifice d'injection situé au premier foyer) et le point de mesure (capteur de pression situé sur le second foyer) ont tous la même longueur après une première réflexion sur la paroi interne de la chambre de mesure. Ainsi, le fluide est injecté au premier foyer de l'ellipsoïde et les mesures de pression sont effectuées au second foyer. De cette manière, les ondes de pression se propageront entre leur source (orifice d'injection situé au premier foyer) et leur arrivée (capteur de pression situé sur le second foyer) selon des chemins de même longueur et donc avec des retards équivalents après une première réflexion sur la paroi interne de la chambre de mesure, limitant ainsi l'effet néfaste des ondes de pression et améliorant la précision de la mesure.

Selon une caractéristique, le dispositif comprend en outre un capteur de température disposé dans la chambre de mesure et adapté pour mesurer la température régnant dans ladite chambre de mesure, et ce capteur de température est également positionné sur le second foyer de ladite chambre de mesure, de manière adjacente au capteur de pression.

De cette manière, la précision de la mesure de la température est également accrue grâce à la localisation de ce capteur de température sur le second foyer.

Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend en outre un dispositif de vidange de la chambre de mesure présentant un orifice de vidange également positionné sur le second foyer de ladite chambre de mesure, de manière adjacente au capteur de pression. De cette manière, la vidange du fluide s'effectue directement au point de mesure et de sortie des ondes de pression, améliorant la précision de la mesure en limitant la création d'ondes perturbatrices.

Un foyer constitue certes une localisation ponctuelle précise, et on comprend bien que la localisation de l'orifice d'injection, du capteur de pression, du capteur de température et/ou de l'orifice de vidange sur le foyer concerné signifie une localisation sur le foyer voire dans le voisinage immédiat du foyer ponctuel.

Dans une réalisation particulière, le dispositif comprend en outre un premier et un second supports creux traversant de manière étanche la chambre de mesure et présentant des extrémités libres positionnées respectivement sur les premier et second foyers de ladite chambre de mesure et supportant respectivement l'orifice d'injection et le capteur de pression.

De tels supports permettent de maintenir en place le capteur de pression et l'orifice d'injection sur les foyers respectifs, avec le conduit d'injection du dispositif d'injection qui s'étend au moins en partie à l'intérieur du premier support et avec les liaisons du capteur de pression (pour une liaison électrique avec un système de contrôle et/ou d'alimentation) disposés au moins en partie à l'intérieur du second support.

Avantageusement, le second support supporte également à son extrémité libre le capteur de température et/ou l'orifice de vidange, permettant ainsi de profiter du second support pour positionner sur le second foyer à la fois le capteur de pression avec le capteur de température et/ou l'orifice de vidange, le second support permettant d'accueillir en son sein les liaisons du capteur de température (pour une liaison électrique avec un système de contrôle et/ou d'alimentation) et/ou le conduit de vidange.

Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend des joints d'étanchéité intercalés entre les supports et la chambre de mesure, de préférence du type joint fluide.

Ces joints d'étanchéité disposés sur les passages des supports à travers la chambre de mesure sont avantageusement réalisés de manière à éviter de transmettre les vibrations de l'extérieur vers l'intérieur de la chambre de mesure.

L'emploi de joints fluides est particulièrement avantageux pour réduire les vibrations que pourraient transmettre les supports, et en particulier le premier support qui supporte en partie le dispositif d'injection qui, dans le cas d'un injecteur de carburant, est un réel générateur de chocs ; de telles vibrations étant sources de perturbation pour la mesure de la pression par le capteur de pression, et donc pour la précision de la mesure. Or, de tels joints fluides permettent d'éliminer tout contact mécanique rigide entre les supports et la chambre de mesure.

Selon une possibilité de l'invention, le dispositif comprend en outre un écran disposé à l'intérieur de la chambre de mesure et intercalé entre les deux foyers, sur la ligne virtuelle reliant directement les deux foyers entre eux.

De cette manière, cet écran permet d'éliminer les ondes de pression circulant directement entre les deux foyers afin de ne privilégier que celles qui auront effectué au moins une première réflexion sur les parois internes de la chambre de mesure.

De manière préférentielle, cet écran est réalisé dans un matériau absorbant les ondes de pression, ou est recouvert d'un revêtement réalisé dans un tel matériau, afin de coucourrir à une atténuation rapide de ces ondes de pression directes.

De manière avantageuse, l'écran est maintenu suspendu entre les deux foyers avec un ou plusieurs liens fixés sur la chambre de mesure et sur l'écran.

Selon une autre possibilité de l'invention, le dispositif comprend en outre une enceinte externe à l'intérieur de laquelle est maintenue suspendue la chambre de mesure, sans contact direct entre l'enceinte externe et la chambre de mesure, avec un ou plusieurs liens fixés sur la chambre de mesure et sur l'enceinte externe, de préférence des liens flexibles, élastiques ou amortisseurs.

Suspendre la chambre de mesure à l'intérieur d'une enceinte externe présente plusieurs avantages : la chambre de mesure est ainsi découplée des influences extérieures et notamment des chocs et des vibrations, et la conception de la chambre de mesure est simplifiée car c'est l'enceinte externe qui résistera à la pression statique du fluide, pression qui peut typiquement monter jusqu'à 200 bars dans des applications avec des systèmes d'injection de carburant pour moteur thermique.

En outre, il est avantageux de prévoir une soupape de sécurité dans l'enceinte externe, tarée légèrement au-dessus de la pression maximale de fonctionnement, par exemple à 220 bars pour les 200 bars cités précédemment, afin de décharger l'enceinte externe en cas de surpression. Dans cette configuration avec enceinte externe, il est intéressant de noter que :

- si les joints précités sont du type joint fluide, l'équilibre entre la chambre de mesure et l'enceinte externe se fait automatiquement par la fuite au niveau de ces joints ; en pratique, ces joints fluides réalisent un filtrage passe-bas sur la pression dans la chambre de mesure et on prend alors en compte et la pression à variation rapide dans la chambre de mesure et la pression à variation plus lente dans l'enceinte externe ;

- si les joints précités sont du type joint solide réalisé à partir d'un matériau étanche et souple, il est préférable de prévoir une soupape de sécurité dans la chambre de mesure, pour permettre une décharge de sécurité de la chambre de mesure vers l'enceinte externe en cas de surpression.

Conformément à une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le dispositif comprend en outre un système de régulation de la pression à l'intérieur de l'enceinte externe.

Dans une réalisation simplifiée et moins coûteuse, le dispositif ne comprend pas cette enceinte externe et, dans ce cas, la chambre de mesure est en contact direct avec l'environnement et avec le système d'injection de fluide qui constitue une source de chocs et de vibrations. En outre, la chambre de mesure devra être conçue pour supporter la pression statique du fluide qui, pour rappel, peut monter jusqu'à 200 bars avec les systèmes d'injection de carburant. Il est également préférable, dans cette version simplifiée, de prévoir une soupape de sécurité dans la chambre de mesure, pour permettre une décharge de sécurité de la chambre de mesure vers l'extérieur en cas de surpression.

De manière avantageuse, il est envisageable de prévoir un résonateur de Helmholtz qui débouche sur une paroi de la chambre de mesure pour atténuer les ondes. Pour remarque, l'emploi d'un tel résonateur de Helmholtz dans une chambre de mesure pourrait également être envisagé avec des chambres de mesure présentant des formes autres que la forme ellipsoïdale.

L'emploi d'un tel résonateur de Helmholtz est relativement efficace pour au moins la fréquence de résonnance du résonateur, de sorte que l'on peut obtenir une amélioration significative de l'atténuation des ondes en employant plusieurs résonateurs de Helmholtz qui présentent des fréquences de résonance différentes, afin de pouvoir atténuer les principales fréquences gênantes au sein de la chambre de mesure.

L'intérêt d'employer un ou plusieurs résonateurs de Helmholtz par rapport à un traitement numérique à posteriori sur les mesures réalisées par le capteur de pression, réside dans le fait que la fréquence de résonnance du résonateur se déplace comme les fréquences qu'on cherche à atténuer dans la chambre de mesure lorsque la densité et la compressibilité du liquide varient ; ces variations se produisant en permanence du fait des variations de température, de pression et, à plus long terme, d'aération et/ou de vieillissement du fluide. Ainsi, le résonateur de Helmholtz s'auto adapte aux caractéristiques inhérentes du fluide.

L'invention se rapporte également à un dispositif conforme à l'invention qui constitue un dispositif de mesure d'une quantité de carburant injectée par un injecteur utilisé dans un moteur thermique.

Ainsi, l'invention porte aussi sur l'utilisation d'un tel dispositif comme dispositif de mesure d'une quantité de carburant injectée par un injecteur utilisé dans un moteur thermique.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, de deux exemples de mise en œuvre non limitatifs, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :

- la figure 1 est une vue schématique d'un premier dispositif de mesure conforme à l'invention ;

- la figure 2 est une vue schématique d'un second dispositif de mesure conforme à l'invention ; et

- la figure 3 est une vue schématique d'un troisième dispositif de mesure conforme à l'invention.

La présente invention sera décrite en référence aux figures 1 à 3 qui divulguent respectivement un premier, un second et un troisième modes de réalisation de l'invention et, sauf indication explicite ou implicite contraire, des organes, pièces, dispositifs ou éléments structurellennent ou fonctionnellennent identiques ou similaires seront désignés par des repères identiques sur les figures 1 à 3.

En référence aux figures 1 à 3, un dispositif de mesure 1 conforme à l'invention, conçu pour la mesure d'une quantité de fluide injectée par un injecteur, comprend : - un chambre de mesure 2 dans laquelle est injecté le fluide, ladite chambre de mesure 2 étant délimitée par une paroi qui définit intérieurement un espace clos ;

- un dispositif d'injection 3 du fluide dans la chambre de mesure 2, le dispositif d'injection 3 étant supporté par un premier support 30 et comprenant un conduit d'injection 31 qui se termine par un orifice d'injection 32 situé à l'intérieur de la chambre de mesure 2 ;

- un capteur de pression 4 disposé à l'intérieur de la chambre de mesure 2 et supporté par un second support 40 ;

- un capteur de température 5 disposé à l'intérieur de la chambre de mesure 2 et supporté par ce second support 40 ;

- un dispositif de vidange 6 de la chambre de mesure 2, pour vidanger en fluide cette chambre de mesure 2, ce dispositif de vidange 6 étant supporté par ce second support 40 et comprenant un conduit de vidange 61 qui débute par un orifice de vidange 62 situé à l'intérieur de la chambre de mesure 2 ;

- un système de contrôle 7 de la mesure, notamment du type contrôleur électronique.

La chambre de mesure 2 présente une forme générale ellipsoïdale, autrement dit sa paroi est en forme d'ellipsoïde non sphérique, et elle présente un premier et un second foyers F1 , F2. Dans une réalisation particulière, la chambre de mesure 2 présente une forme générale d'ellipsoïde de révolution. Cette chambre de mesure 2 présente dans sa paroi deux orifices dits de traversée, par exemple des orifices filetés, pour le passage étanche des supports 30, 40.

Le dispositif d'injection 3 comporte :

- un dispositif de régulation 33, notamment du type actuateur, permettant de réguler le débit et la pression du fluide entrant via un conduit d'arrivée 34 du fluide ;

- le conduit d'arrivée 34 en entrée du dispositif de régulation 33 ; et

- le conduit d'injection 31 en sortie du dispositif de régulation 33, qui se termine par l'orifice d'injection 32.

Le dispositif de régulation 33 est piloté soit par le système de contrôle 7 (comme visible sur les figures 1 et 2 avec la liaison 71 ), soit par un système de contrôle externe.

Le dispositif de vidange 6 comporte : - un dispositif de régulation 63, notamment du type actuateur, permettant de réguler le débit et la pression du fluide sortant du conduit de vidange 61 ;

- le conduit de vidange 61 en entrée du dispositif de régulation 63, qui débute par l'orifice de vidange 62 ; et

- un conduit de sortie 64 en sortie du dispositif de régulation 63.

Le dispositif de régulation 63 est piloté soit par le système de contrôle 7 (comme visible sur les figures 1 et 2 avec la liaison 72), soit par un système de contrôle externe.

Le premier support 30 est constitué d'un tube creux qui traverse de manière étanche la paroi de la chambre de mesure 2, et à l'intérieur duquel est disposé en partie le conduit d'injection 31 . Ce premier support 30 présente une extrémité libre 35 positionnée sur le premier foyer F1 de la chambre de mesure 2. L'orifice d'injection 32 débouche de manière étanche sur cette extrémité libre 35 : cette extrémité libre 35 étant fermée pour éviter un retour de fluide à l'intérieur du premier support 30 creux. Ainsi, l'orifice d'injection 32 est positionné sur ce premier foyer F1 .

Le second support 40 est constitué d'un tube creux qui traverse de manière étanche la paroi de la chambre de mesure 2, et à l'intérieur duquel est disposé en partie le conduit de vidange 61 . Ce second support 40 présente une extrémité libre 45 positionnée sur le second foyer F2 de la chambre de mesure 2. L'orifice de vidange 62 débouche de manière étanche sur cette extrémité libre 45 : cette extrémité libre 45 étant fermée pour éviter un retour de fluide à l'intérieur du second support 40 creux. Ainsi, l'orifice de vidange 62 est positionné sur ce second foyer F2. En outre, les capteurs de pression 4 et de température 5 sont également montés sur cette extrémité libre 45, de sorte que ces deux capteurs 4, 5 sont également positionnés sur ce second foyer F2.

Les capteurs 4, 5 sont en liaison avec le système de contrôle 7, via des liaisons 74, 75 respectives, pour assurer à la fois l'alimentation des capteurs 4, 5 et la transmission des données de mesure à destination du système de contrôle 7.

Le dispositif 1 comprend en outre des joints d'étanchéité 37, 47 intercalés entre les supports 30, 40 et la paroi de la chambre de mesure 2, au niveau des orifices de traversée pour ces supports 30, 40. Ces joints 37, 47 peuvent être du type joint fluide, réalisé notamment par application d'une pâte à joint fluide, en particulier dans le cas où les orifices de traversée sont filetés avec les supports 30, 40 qui sont vissés dans ces orifices de traversée. En variante, ces joints sont du type joint solide, c'est-à-dire réalisé dans un matériau étanche et souple.

Comme visible sur les figures 1 à 3, le dispositif 1 comprend en outre un écran 8 disposé à l'intérieur de la chambre de mesure 2 et intercalé entre les deux foyers F1 , F2, sur la ligne virtuelle reliant directement les deux foyers F1 , F2 entre eux. Cet écran a pour fonction d'éliminer les ondes de pression isues du premier foyer F1 et se dirigeant directement vers le second foyer F2 sans effectuer de réflexion sur la paroi de la chambre de mesure 2, afin de privilégier les ondes qui effectuent au moins une première réflexion sur cette paroi.

Cet écran 8 peut être réalisé entièrement ou avec un revêtement en matériau absorbant les ondes de pression, et il est maintenu suspendu entre les deux foyers F1 , F2 avec au moins un lien 80 fixé sur la paroi de la chambre de mesure 2 et sur l'écran 8. Ce ou ces liens 80 peuvent être du type lien rigide, par exemple en acier, ou du type lien flexible, élastique ou amortisseur. L'écran 8 présente des dimensions limitées pour ne pas perturber les ondes de pression qui effectuent au moins une réflexion dans la chambre de mesure 2, avec par exemple des dimensions inférieures à 40%, voire 30%, de l'écartement entre les deux foyers F1 , F2. De manière générale, cet écran 8 ne vient pas en contact direct avec la paroi de la chambre de mesure 2.

Dans le premier et le troisième modes de réalisation des figures 1 et 3, le dispositif de mesure 1 comprend en outre une enceinte externe 9 à l'intérieur de laquelle est maintenue suspendue la chambre de mesure 2, sans contact direct entre l'enceinte externe 9 et la chambre de mesure 2, avec plusieurs liens 90 fixés sur la chambre de mesure 2 et sur l'enceinte externe 9.

L'objectif principal de cette enceinte externe 9 est d'isoler la chambre de mesure 2 des influences extérieures et notamment des chocs et des vibrations. Ainsi, ces liens 90 sont de préférence des liens flexibles, élastiques ou amortisseurs, qui sont configurées pour amortir les vibrations et chocs reçus par l'enceinte externe 9 tout en évitant que la chambre de mesure 2 ne vienne cogner contre l'enceinte externe 9.

Dans ce premier mode de réalisation, le dispositif 1 comporte en outre un système de régulation 91 de la pression à l'intérieur de l'enceinte externe 9, qui intègre : - un dispositif de régulation 92, notamment du type actuateur, permettant de réguler la pression de fluide dans l'enceinte externe 9 via un conduit de régulation 93 qui débouche à l'intérieur de l'enceinte externe 9 ;

- un conduit d'entrée de fluide 94 en entrée du dispositif de régulation 92; et - un conduit de sortie de fluide 95 en sortie du dispositif de régulation 92.

Le dispositif de régulation 92 est piloté soit par le système de contrôle 7 (comme visible sur les figures 1 et 2 avec la liaison 73), soit par un système de contrôle externe.

Ce système de régulation 91 comporte en outre un capteur de pression 96 et, éventuellement, un capteur de température 97 disposés dans l'enceinte externe 9 et adaptés pour mesurer respectivement la pression et la température régnant dans cette l'enceinte externe 9 ; ces capteurs 96, 97 étant en liaison avec le système de contrôle 7, via des liaisons 76, 77 respectives, pour assurer à la fois l'alimentation des capteurs 96, 97 et la transmission des données de mesure à destination du système de contrôle 7.

Dans ce premier mode de réalisation, les supports 30, 40 traversent également de manière étanche l'enceinte externe 9.

Il est également envisageable de prévoir une soupape de sécurité (non illustrée) dans l'enceinte externe 9 et/ou une soupape de sécurité (non illustrée) dans la chambre de mesure 2, pour permettre une décharge de sécurité vers l'extérieur de l'enceinte externe 9 et/ou de la chambre de mesure 2 en cas de surpression.

Comme illustré sur la figure 3, il est également envisageable de prévoir un ou plusieurs résonateurs de Helmholtz 100 qui débouche sur la paroi de la chambre de mesure 2, pour atténuer les ondes de pression ; l'emploi d'un tel résonateur de Helmholtz 100 étant envisageable avec ou sans l'enceinte externe 9.

Le ou chaque résonateur de Helmholtz 100 comporte une cavité fermée 101 de volume V qui communique avec l'intérieur de la chambre de mesure 2 par l'intermédiaire d'un tube 102 de longueur L et de section S, autrement appelé le col du résonateur, où les les dimensions précitées sont petites devant la longueur d'onde des ondes de pression que l'on souhaite amortir.

Concernant le système de contrôle 7, ce dernier permet de réaliser la mesure et de contrôler et piloter les conditions de mesure, il est en liaison avec l'extérieur, comme par exemple un opérateur ou un système de contrôle ou d'automatisation à un échelon supérieur. Le système de contrôle 7 reçoit ainsi des consignes, il pilote éventuellement les dispositifs de régulation 33, 63, 92, reçoit les données de mesure des capteurs 4, 5 et éventuellement 96, 97, et il calcule des résultats de mesure (quantité de fluide injecté) et les fournit à l'extérieur.

Bien entendu l'exemple de mise en œuvre évoqué ci-dessus ne présente aucun caractère limitatif et d'autres améliorations et détails peuvent être apportés au dispositif de mesure selon l'invention, sans pour autant sortir du cadre de l'invention où d'autres éléments de sécurité pourraient par exemple être ajoutés au dispositif.