Brevet FR2325816A1 — publié le 19770422

La présente invention, due aux travaux de Messieurs ROY Jacques, DUPONT Jean-Pierre, GREGOIRE Jean-François et LLGIER Michel, concerne un procédé et un appareil pour contrôler l'angle d1 avance de l'injection par rapport au point mort haut d'un moteur à combustion interne à injection, notamment d'un moteur Diesel, ce procédé et cet appareil permettant en outre de mesurcr la vitesse de rotation de l'arbre dudit moteur. On sait qu'un moteur à injection comporte, entre autres céments : une pompe d'injection qui dose la quantité de carburant sous haute pression nécessaire à chaque chambre de combustion en fonction du régime de fonctionnement du moteur; des injecteurs injectant dans chaque chambre de combustion la quantité prédéter minée de carburant sous haute pression sous forme finement pulvé- risée; et, enfin, des tubulures de raccordement disposées entre la pompe d'injection et les injecteurs et traversees par le carburant sous haute pression. Du fait des conditions de fonctionnement du moteur à injection, ces tubulures de raccordement sont soumises à des pressions extrt=mernent élevées, de l'ordre de 400 à 600 kgf/cm2, et à des ondes de pression atteignant 200 à 300 kgf/cm2 et par milliseconte or pouvoir supporter de elles pressions, elles doivent être constituées de tubes spéciaux, de diamètres et de longueurs bien déterminées, et comporter des raccords indésserables, susceptibles de résister aux pressions elevées et aux vibrations, qu'il est important de manipuler au minimum pour conserver une bonne fiabilité à l'ensemble. Tous les paramètres qui agissent sur 1' injection ont une répercussion sur la qualité de la combustion, Celle-ci doit.. naturellement atre complète et se produire à un instant très pre'- cis de la course des pistons, faute de quoi le moteur présente un fonctionnement défectueux : manque de puissance, rendement faible, pression maximale dans les cylindres supérieure à celle acceptable par les éléments composants, émission de fumées à lléchappe- ment, instabilité et niveau de bruit trop élevé. I1 est donc particulièrement important qu'un moteur à injection soit parfaitement réglé pour éviter les inconvénients qui viennent d'être cités et il est nécessaire, en particulier de pouvoir contrôler l'angle d'avance de l'injection du carburant, d'une kart, et le bon fonctionnement de tous les cylindres du mo Leur, et pat conséquent la régularité de la rotation de 1 arbre moteur, d'autre part. On connait déjà, pour régler l'angle d'avance de l'injection du carburant dans les chambres de combustion, des dispositifs basés sur la détection de la montée de pression dans des tubulures de raccordement à l'aide de capteurs de pression disposés à l'intérieur de ces tubulures. Si cette disposition est possible dans le cas de réglages expérimentaux, il n'en est pas de même lorsque ce réglage doit être effectué lors de l'entretien périodique des moteurs, par exemple de moteurs d'automobiles ou de camions; le démontage et le remontage des tubulures de raccordement que doit alors effectuer le garagiste pour ia mise en place et le retrait des capteurs de pressions est toujours long, et par conséquent coûteux, et risque d'être à l'origine de pannes si ces opérations sont mal faites pour les raisons exposées précédemment. I1 est donc nécessaire que la mise en oeuvre du procédé de l'invention ne nécessite pas le démontage des tubulures de raccordement disposées entre la pompe d'injection et les injecteurs. Il est en outre nécessaire, pour que le réglage de l'angle d'avance de l'injection soit convenable, de pouvoir déterminer avec précision l'instant où commence l'augmentation de pression. En effet, si l'on suppose qu'il est nécessaire que cet te avance soit réglée à 2 e près, pour un moteur tournant à 1500 t/m correspondant à une vitesse angulaire de 9000 par seconde, il faut déterminer le début d'augmentation de la pression à 1/10000 s près, soit à 200 microsecondes près. Pour remplir les conditions qui viennent d'être exposées, le procédé conforme à l'invention se caractérise en ce qu'il consiste à détecter la déformation radiale de la surface extérieure d'une tubulure de raccordement sous l'action de la haute pression du carburant au moment où la quantité requise de carburant est transférée de la pompe à l'injecteur correspondant. on peut en outre avoir avantageusement-recours à une des dispositions complémentaires suivantes ou à toute combinaison souhaitable de ces dispositions - pour détecter la déformation radiale de la surface extérieure de la tubulure de raccordement, on utilise des moyens capteurs délivrant un signal électrique analogique représentatif de ladite déformation;; - la tubulure, à l'emplacement où doit être faite la mesure, est rigidifiée par des moyens supports massifs comportant deux pinces enserrant ladite tubulure, pinces entre lesquelles est disposée au moins une bride supportant les moyens capteurs de déformation, cette bride chevauchant la tubulure et étant fixée par ses extrémités aux moyens supportsmassifs de façon àêtre appliquée contre une partie de la surface extérieure de la tubulure et à pouvoir suivre toute variation du diamètre extérieur de celle-ci provoquée par la variation de pression intérieure des gaz. Pour mettre en oeuvre ce procédé, l'invention propose en outre un appareil qui se caractérise en ce qu'il comporte, d'une part, un support métallique massif enserrant fermement la tubu lure correspondant au circuit d'injection à contrôler et, d'autre part, au moins une bride métallique portant au moins un capteur de déformation apte à fournir un signal électrique analogique sous l'action d'une déformation radiale de la surface extérieure de la tubulure, ladite bride étant solidarise par ses extrémités au support métallique massif et enserrant avec une force d'appui convenable, la tubulure de raccordement précitée sur une partie du diamètre de celle-ci à la manière d'un collier, ladite bride métallique ayant une masse très faible par rapport à celle du support. On peut en outre avoir recours à l'une ou à l'autre des dispositions qui suivent ou à toute combinaison technique desdites dispositions - l'appareil comporte des moyens de serrage pour que la bride soit soumise à une force de précontrainte calibrée par rapport au support; - la bride est en un métal peu résilient; - l'appareil comporte deux capteurs de déformation montés chacun sur une bride; - les capteurs de déformation sont des jauges de contrainte. L'invention sera mieux comprise encore à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est relative au procédé de l'inwer.t.on et à un mode de réalisation, donné à titre d'exempie purement illustratif et nullement limitatif, pour mettre en oeuvre ce procéde, description dans laquelle on se réfère aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente la déformation d'une tubulure en fonction de la pression interne; - la figure 2 est un schéma synoptique de l'appareil de l'invention; - la figure 3 représente des tensions électriques en différents points des circuits électriques de l'appareil de la figure 2; - la figure 4 est une vue en perspective d'une tête de mesure conforme à l'invention; et - la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V de l'appareil de la figure 4. Comme cela a déjà été indiqué, les tubulures de raccordement disposées entre la pompe d'injection et chacun des injecteurs est le siège de pressions considérables chaque fois qu'une quantité déterminée de carburant passe de la pompe d'injection à l'injecteur correspondant, ces pressions étant de l'ordre de 400 à 600 kgf/cm2 et les ondes de pression atteignent 200 à 300 kgf/cm2 et par milliseconde. Quel que soit le matériau utilisé pour la réalisation de ces tubulures et leur rigidité, les pressions internes engendrent une déformation radiale des tubulures. A titre d'exemple, on considère une tubulure en acier de 4mm de diamètre intérieur et de 6 mm de diamètre extérieur; si la pression intérieure est de 200 kgf/cm2 et en prenant le module d'élasticité de l'acier égal à 20.000 kg/cm2, l'augmentation de diamètre extérieur est de l'ordre de 0,38 micron. Sur la figure 1, on a représenté la variation de pression en un point intérieur de la tubulure au moment du transfert d'une quantité de carburant prédéterminée de la pompe d'injection à l'injecteur (courbe A), qui peut être relevée à l'aide d'un capteur de pression disposé à l'intérieur de la tubulure, et la variation de la déformation résultante du diamètre extérieur de la tubulure (courbe B) : on constate que la déformation de la tubulure reflète la variation de la pression interne et, surtout, que ces deux courbes sont en phase; en particulier, le début t de la déformation de la tubulure est parfaitement en phase avec le début de la montée de pression à l'intérieur de la tubulure. Le procédé consiste donc, conformément à l'invention, à détecter la variation du diamètre extérieur de la tubulure située entre la pompe d'injection et l'injecteur du cylindre à contrôler. Comme on le voit sur la figure 2, cette détection est réalisée à l'aide d'une tête de mesure 2, comportant un capteur de déformation, rendue mécaniquement solidaire de la paroi extérieure de la tubulure 1. Ce capteur délivre une tension électrique dont l'amplitude est représentative de l'importance de la déformation du diamètre extérieur de la tubulure 1. Cette tension est ensuite amplifiée par un amplificateur 3, puis appliquée à une borne d'entrée 4 d'un comparateur 5 dont l'autre entrée 6 est reliée à une tension de référence Vref e Celle-ci est de préférence réglable de façon à pouvoir choisir le niveau de tension de changement d'état en sortie du comparateur et pouvoir ainsi s'affranchir des pointes de tension parasites qui sont présentes dans le signal délivré par le capteur 2. Le signal de sortie du comparateur 5 est appliqué à un circuit monostable 7 qui délivre une impulsion d'amplitude et de durée appropriées pour déclencher ensuite des circuits de traitement et/ou d'affichage, par exemple un compteur qui compte le nombre d'impulsions par unité de temps et fournit ainsi la vitesse de rotation de l'arbre du moteur et un dispositif d'affichage oscilloscopique qui permet de régler l'angle d'avance de l'injection et de caler convenablement la pompe d'injection. Sur la figure 3, on a représenté les tensions apparaissant en différents points du circuit de la figure 2. La courbe C représente le signal amplifié délivré par le capteur et appliqué à l'entrée 4 du comparateur; la courbe D représente la tension de sortie du comparateur, dont le front avant correspond à la coincidence de la tension amplifiée représentée en C avec la tension de référence; enfin la courbe E représente l'impulsion délivrée par le circuit monostable 7 et qui sert à commander les circuits de traitement et/ou d'affichage de l'information. On va maintenant décrire en détail un mode de réalisation possible d'une tête de mesure conforme à l'invention, permettant de mettre en oeuvre le procédé qui vient d'être exposé. La tête de mesure, portant la référence générale 10, se compose essentiellement d'un support métallique massif 11, enserrant la tubulure 12 à la manière d'une pince, et au moins une bride métallique, telle que 13 ou 14, solidaire du support massif Il par leurs extrémités et appliquées fermement sur une partie de la surface extérieure de la tubulure 12, cette bride supportant un capteur de déformation (15 ou 16 respectivement). Le support il est formé de trois éléments : d'une part, une embase 1 7 qui peut avoir une forme quelconque, mais qui de préférence se présente sous la forme d'un parallélépipède rectangle de.forme allongée, comportant une gorge longitudinale 18 servant de logement pour caler la tubulure 12 et, d'autre part, deux pièces 19 et 20 munies elles aussi d'une gorge et appliquées fermement sur l'embase 17 de façon à enserrer la tubulure 12 à la manière d'un collier. Les pièces 19 et 20 sont fixées à l'embase 17 par tous moyens appropriés susceptibles d'exercer une force de serrage, par exemple par des vis 21. La forme et le diamètre des gorges doivent être tels que la tubulure 12 soit fermement enserrée par les pièces métalliques 17, 19 et 20 et que l'ensemble constitue un élément rigide. Les pièces 17, 19 et 20, outre cette fonction de rigi dification, doivent assurer par leur masse propre l'absorption de déformatiors indésirables de la tubulure 12, et des vibrations parasites, notamment celles qui sont engendrées au moment où les clapets d'obturation de la pompe et des injecteurs retombent sur leurs sièges, faute de quoi le signal utile est noyé dans le bruit. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 4 et 5, on utilise deux capteurs de déformation 15 et 16 disposés sur des brides respectives 1 3 et 14. Ces brides sont fixées par leurs extrémités sur l'embase 17 grâce à des moyens de serrage, distincts des moyens précédemment envisagés pour l'assemblage des éléments 17, 19 et 20, permettant l'application des brides sur la tubulure. Ces moyens peuvent par exemple, être constitués par des vis 22. Les brides 13 et 14 sont disposées à cheval sur la tubulure 12 avec laquelle elles sont en contact intime sur une partie de son diamètre. Il est donc nécessaire que l'effort d'application des brides sur la tubulure 12 ait une valeur bien déterminée et constante, bien que cette valeur ne soit pas critique en soi. Il suffit que cet effort soit suffisant pour que les brides puissent se déformer en même temps que la tubulure, mais il ne faut pas, bien sûr, qu'il soit supérieur à la limite de rupture du matériau constitutif des brides. De préférence, les brides sont réalisées en un métal le moins résilient possible pour éviter les phénomènes de résonnance et de vibration, ainsi que pour suivre le plus fidèlement possible les déformations de la tubulure, sans dépasser toutefois sa limite d'élasticité. Des brides en laiton remplissent parfaitement ces con disions Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les capteurs de déformation 15 et 1 6 sont des j auges de contraintes collées sur les brides 13 et 14. Le mode de réalisation qui vient d'être décrit est particulièrement avantageux, car les jauges de contraintes 15 et 16 sont solidaires de la tubulure 12 par l'intermédiaire des brides 13 et 14, mais celles-ci sont solidaires du support 11 et non pas de la tubulure : elles n'ont donc pas de fonction de liaison et d'attache, elles ont seulement une fonction d'intermédiaire et de support des jauges. C'est une condition nécessaire pour que le signal électrique délivré par les jauges de contrainte ne soit pas noyé dans le bruit. Dans 1 1exemple représenté sur la figure 5, les deux jauges de contraintes 15 et 16 peuvent être incluses dans un circuit électrique en pont, qui permet d'obtenir une plus grande sensibilité. Bien entendu, ce montage n'est pas le seul possible et on pourrait tout aussi bien envisager l'utilisation d'une seule jauge contrainte ou au contraire de quatre jauges de contrainte disposées dans les quatre branches d'un pont, ce dernier montage augmentant la sensibilité de ltappareil. De même, la réalisation de la pièce massive nta été donnée qu'à titre d'exemple et bien d'autres formes peuvent être envisagées pour modifier ou perfectionner le mode de réalisation précédemment décrit sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil pour détecter l'injection dans un moteur à combustion interne à injection, notamment un moteur diésel, ce moteur comportant une pompe d'injection, au moins un injecteur et au moins une tubulure de recaordement disposée entre la pompe et l'injecteur, cet appareil comportant des moyens de détection pour détecter la déformation transversale de la tubulure de rac cordent sous l'action de la pression du carburant injecté, ca racterisé en ce que ces moyens de détection sont disposés entre des moyens de pincement agencés pour enserrer fermement la tubulure de raccordenent en deux zones non contigües et sont portés pour ces moyens de pinceIflent, de sorte que la partie sensible des moyens de détection soi en appui au moins, dans la position ac tive de l'appareil, sur la portion centrale de tubulure comprise entre ces deux zones. 2. Appareil selon la reve.dication 1, caractérisé en ce que les moyens de pincement sont essertiellement constitués pc:r un bati massif agencé pour enserrer fermement la tubulure en deux zones distantes l'une de l'autre pour encadrer une portion centrale de tubulure et en ce que les moyens de détection sont essentiellement constitués par, d'une part au moins un support monté sur le bâti pour venir en appui sur la surface extérieure de la portion centrale de tubulure et pour épouser cette surface extérieure sur une partie de son pourtour et, d'autre part au moins un capteur de déformation solidaire du susdit support et orienté pour mesurer la déformation traasversale de la portion centrale de tubulure. 3. Appareil selon la revendic-.tion 2, caractérisé en ce que des moyens de serrage sont prévus entre le bâti et le support pour appliquer ledit support sur la tubulure avec une force de précontrainte calibrée. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le support est en un matériaupeu résilient. 50 Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte deux capteurs de dexor- mation montés chacun sur un support. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les capteurs de d:f-orrnation sont des jaujes de contrainte. 70 Procédez pour détecter l'injection dans un moteur à combustion interne à injection, notamment un moteur diésel, ce moteur comportant une pompe d'injection, au moins un injecteur et au moIns une tubulure de raccordement disposée entre la pompe et linacteur, ledit procédé étant basé sur la détection de la déformation transversale, sous l'action de la pression du carburant in jeté, de la tubulure de raccordement qui relie à la pompe l'injecteur, caractérisé en ce qu'on mesure cette déformation sur une portion de tubulure encadrée par deux zones au niveau desquelles la tubulure et enserrée ferrement.