Brevet FR2400694A1 — publié le 19790316

La- présente invention concerne la mesure du débit et la régulation de pression de l'écoulement dDun fluide liquide ou gazeux. Classiquement, les débitmètres de de la technique antérieure ne fournissent pas directenent d'indication totalisatrice de la consommation cumulée, tandis que leur complexité rend difficile une adaptation en vue d'une utilisation courante. En outre, ils sont fabriqués spéc25z,uementpour des mesures concernant soit des liquides soit des gaz et ne jouent généralement pas un roule de régulation de la pression de l'écoulement fluide. La présente invention propose un dispositif de principe et de réalisation fort simples pour remédier à ces inconvénients. De plus, ce dispositif s'adapte particulièrement bien à la régulation de pression et à la mesure du débit de carburant sur un véhicule automobile. Le principe sur lequel repose le dispositif selon l'invention est le suivant : une capacité de volume variable comporte une soupape d'admission et et une soupape d'échappement, la ferme- ture et l'ouverture de ces soupapes étant commandées par un dé- tecteur de variation de pression de fluide ou (et) du volume de la capacité, pression et volume étant dépendants l'un de l'autre en particulier dans le cas d'un fluide gazeux suivant ltéqua- tion d'état bien connue des gaz parfaits pv=RT liant la-pression (p), le volume molaire (v) et la température (T) par ltintermé- diaire de la constante R.Chaque cycle de fonctionnement voit l'écoulement d'un volume unitaire de fluide à travers la capacité; celle-ci se remplit, la soupape d'admission étant ouverte et la soupape d'échappement fermée, jusqu'à ce que le détecteur commande la fermeture de la soupape d'admission et et l'ouverture de la soupape d'échappement, ce qui permet 11 écoulement d'un volume unitaire de fluide expulsé de la capacité. Chaque cycle comporte donc une phase de remplissage et une phase de vidange de la capacité. Il y a ainsi deux changements de position pour les soupapes, un à la fin de chaque phase. Un signal prélevé à chaque cycle sur le dispositif permet la mesure du-debit instantane et de la consommation cumulée du fluide à partir de la grandeur du volume uni taire.Si la capacité possède des caractéristiques élastiques pour expulser le volume unitaire, alors le dispositif se comporte comme un régulateur de pression. Pour réaliser un régulateur débitmètre utilisant le principe sommaire:rent décrit ci-dessus, il est nécessaire d'agencer ensemble un certain nonbre de moyens qui coopèrent entre euï. Le dispositif selon l'invention doit etre installé sur une canalisation dans laquelle s'écoule le fluide gazeux ou liquide à réguler et à mesurer. Selon ltinvention, le dispositif se caractérise en ce qu'il comporte au moins une capacité réglable- pré- vue pour débiter cycliquement un volume unitaire prédéterminé de fluide. et des moyens d'expulsion de ce volume unitaire de fluide qui doivent permettre en outre de réguler la pression d'échappement.La capacité comporte de plus des moyens de détection de variation de volume ou (et) de pression, qui sont couplés avec des moyens- de commande dont le rôle est d'ouvrir et de fermer alternativement des moyens de valve d'admission du fluide sous pression d'entrée et des moyens de valve d'échappement du fluide de la capacité sous pression de sortie régulée, lesdits moyens de valve dtadt.ission étant bien entendu situés en amont de la capacité, tandis que les moyens de valve d'échappement sont situés en aval par rapport à l'écoulement.Afin d'obtenir la mesure désirée, le présent dispositif se caractérise également en ce qu'il comporte des moyens de comptage des volumes unitaires de fluide circulant cycliquement dans la capacité et des moyens d'intégration des signaux élaborés par les moyens de comptage, ces moyens d'intégration permettant l'affichage simultané du débit instantané et du débit cumulé. On obtient avantageusement une pression de sortie bien régulée et nettement inférieure à la pression d'entrée en utilisant une capacité munie de moyens d'expulsion élastiques, de plus le choix d'un volume unitaire faible améliore considérablement la précision de la mesure. Selon un mode de réalisation du dispositif, les moyens de valve d'échappement sont réalisés avec un limiteur de débit du type clapet à bille. On obtient de ce fait un écoulement d'échappement résiduel pendant le remplissage de la capacité, ce qui a pour effet d'augmenter la continuité de l'écoulement sans pour cela nuire notablement à la précision de la mesure. Un autre mode de réalisation du dispositif consiste à prévoir les moyens d'intégration avec un affichage simultané du débit et de la consommation cumulée sur un même cadran ce qui facilite la lecture des résultats par l'utilisateur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description du mode de réalisation préférentiel non limitatif représenté sur les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une élévation en coupe partielle très sc'.ltmatique du mode de réalisation préfèrentiel selon l'invention, et - la figure 2 montre un schéma de principe d'utilisation du. dispositif de 3.a figure 1 pour un véhicule. automobale. ke dispositif de la figure 1 est adapté sur une canalisation 101 dans laquelle s'écoule le fluide à réguler et à mesurer. Un circuit électrique de bornes d'alimentation- 100 et102 permet d'alimenter alternativement par l'intermédiaire d'un inverseur 132 une électrovanne d'admission 150 et une électrovanne d'échappement 160. Entre les deux électrovannes se trouve bien entendu une capacité référencée 110. Afin d'éviter, en cas de panne de l'alimentation électrique, que l'écoulement de de fluide ne puisse se faire, les deux électrovannes sont prévues fermées lorsqu'elles sont soumises à la tension électrique. On soit que la position normale, hors tension, correspond à l'ouverture des électrovannes.Celles-ci sont identiques.dans leur conception et comportent chacune une soupape (152, 162), ladite soupape entant reliée à un aimant (154,164) monté à l'intérieur d'une bobine (156, 166) pouvant entre alimentée sélectivement par l'inverseur 132 à partir des bornes 100. et 102. Deux ressorts de rappel (155, 165) maintiennent en position ouverte les soupapes (152, 162) lorsque celles-ci sont hors tension. La capacité 110 comporte un orifice d'entrée 109 et un orifice de sortie 111 débouchant dans une chambre de volume unitaire 112. Ladite capacité est recouverte par un corps 114 supportant deux pattes de fixation 128, 130 qui maintiennent audessus de cette capacit inverseur 132 ainsi qu'une armature de butée 126. La chambre 112 est délimitée à sa partie supérieure par une membrane souple 117, ou par tout autre dispositif déformable connu comme une membrane ou un soufflet, à laquelle est accollée, de l'autre coté de la chambre, la texte plate 116 d'un piston presseur muni d'une tige verticale 118. A la partie supérieure du corps 114 se trouve un alésage fileté 115 dans lequel est monte une manette de réglage 122 percée d'un trou de passage 123 dans lequel peut cculisser la ti & 118. Un ressort de pression 120 s'appuie à Itune de ses extrémités sur la face inrieure de la manette 122 et à l'autre extrémité sur la face supérieure de la tete 116 du piston presseur. Pour éviter une détérioration possible de la membrane 117 contre la paroi de la canalisation 101, lorsque la capacité est vide, une butée 138 ae pi-ston est prévua au fond de la chambre 112. Le ressort 120 sert à la fois de moyen d'expulsion du volume uniraire de la chambre 112 et de moyen de régulation de pression du fait de son élasticité.On peut régler la pression d'échappement du volume unitaire, à travers l'électrovanne 160 ouverte, en vissant ou en dévissant la manette 122. La tige 118, filetée à sa partie supérieure, reçoit un écrou 124 dont la position permet de régler le volume unitaire susceptible d'être admis dans la chambre. En efle~, lorsque cet écrou butte contre l'armature 126 la tee de piston 116 se trouve bloquée dans son mouvement ascendant et limite de ce fait le volume de la chambre 112. L'extrémité supérieure de la tige 118 sert en outre avantageusement de moyen de détection de variation du volume ou (et) de pression de fluide. Pour ce faire, elle s'appuie contre le levier 134 de lt-inverseur e-t; provoque ainsi au cours de son mouvement verticai la mise sous tension alternative des électrovannes par l'inverseur 132. Avec le circuit électrique dtalimençation utilisé dans ce dispositif, il est avantageux d'utilIser,- comme moyen de comptage, la tension à laquelle est soumise ltélectro- vanne 160 d'échappement, pour cela des moyens d'intégration non représentvés sont reliés aux bornes 180, 182. Le fonctionnement du dispositif se déroule selon le principe exposé ci-dessus. Considérant la phase d'expulsion représentée à la figure 1, on voit que la soupape 152 sous tension est en position fermée, tandis que la soupape 162 hors tension est ouverte. Le fluide, soumis par l'intermédieiré de la texte de piston 116 et du ressort 120 à la pression de sortie, est expulsé à travers l'électrovanne 160. Au fur et à mesure que le Suide s'écoule, la tige 118 s.' abaisse ainsi que le levier 134.Ce dernier, qui peut être reglé latéralement afin que son point d'application avec la tige 118 soit déplacé provoque, à un niveau donné "de descente", l'inversion de la tension d'ali- mentation qui se trouve répercutée sur l'électrovanne 160. Cet instant correspond bien entendu à la position la plus basse de 11 écrou 124. L'électrovanne 160 étant alors fermée, l'échappement du fluide sîarreAte tandis que la chambre 112 se remplit par l'électrovanne 150 ouverte-et par laquellele fluide, soumis à une forte pression d'entrée, afflue.La tige 118 remonte alors brutalement, ce qui a pour effet de redéclencher itinversetlr dans le sens inverse en mettant sous tension la soupape 152 et en laissant la soupape 162 s'ouvrir, au moment précis où écrou de butée 124 touche l'armature 126 et où la chambre 112 contient le volume unitaire prédéterminé.On voit que la phase de remplissage de la chambre est extrêmement courte, de 11 ordre d'une fraction de seconde, tandis que la phase de vidange (représentée sur la figure) est beaucoup plus longue. Ceci signifie que la soupape d'échappement est pratiquement toujours ouverte sauf pendant les courts laps de temps de remplissage qui correspondent à une brève montée de la tige 118 laquelle vient provoquer, dans la position haute de l'inverseur} la mise sous tension de la soupape d'admission. La figure 2 représente la dispositìon très schématique que l'on peut utiliser pour le dispositif décrit à la figure 1 en vue de la mesure et de la régulation de pression de l'écoulement de carburant dans un véhicule automobile. La canalisation 201, où s'écoule le carburant1 relie successivement une pompe 210 et un carburateur 230, on intercale entre ies deux un régulateur débitmètre selon l'invention 220. Ce dernier est relié par l'intermédiaire d'un contact 242 à la batterie 240 qui lui sert de source d'alimentation continue et,de plus, un conducteur 248 le connecte à un coffret intégrateur 250.Ce coffret intégrateur possède un compteur de débit instantané 252 et un totalisateur indicateur de consommation cumulée 254. La flèche 26G matérialise la direction de l'écoulement du fluide, tandis que la référence 270 indique la masse électrique du véhicule. En cas de non-contact entre la batterie et le régulateur débitmètre, les deux électrovannes n'étant pas mises sous tension, l'écou- lement peut se produire sans interruption. Le coffret intégrateur peut être réalisé par exemple en utilisant les impulsions de l'électrovanne de sortie qui sont envoyées sur une petite lampe à incandescense éclairant une cellule photo électrique au germanium, au selenium ou au silicium. D'autres modes de réalisatIon sont bien entendu possibles. C'est ainsi, par exemple, qu'il peut être avantageux pour l'utilisateur de disposer sur un même cadran de l'affichage du débit instantané et de la consommation cumulée. On peut également employer des moyens d'intégration et diaf-chage électroniques, du type digital avec convertisseur binaire. De même on peut prévoirdes moyens de calcul et d'affichage électroniques de tige connu pour l'affichage de la consommation ou de tout autre paramètre comté la dépense de carburant. Dans un ordre d'idée différent, afin de simplifier le présent dispositif, il est tout à fait possible de monter un compteur d'impulsions mécaniques, directement sur la tige filetée du piston, ce qui permet également d'utiliser des moyens d'intégration et d'affichage mécaniques. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas au mode de réalisation préférentiel décrit ci-dessus, mais s'étend à toutes les variantes conformes à son esprit. REVENDICATIONS 1. - Dispositif destiné à être mis en place sur une canalisation parcourue par un fluide pour assurer la régulation en pression et la mesure du débit de ce fluide, du type comportant des moyens de valve d'admission sous pression d'entrée, une capacité prévue pour débiter cycliquement un volume unitaire de fluide, des moyens d'expulsion élastiques du volume unitaire de fluide hors de la capacité, des moyens de détection de variation du volume et (ou) de pression du fluide dans la capacité, des moyens de valve d'échappement du fluide de la capacité, des moyens de commande des moyens de valve, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de butée réglables autorisant l'utilisation de volumes unitaires faibles à des régimes cycliques élevds,sans deteriorer les moyens d'expulsion élastiques qui sont réglables pour fixer à la demande la pression de sortie. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection de variation de volume et (ou) de pression sont réglables pour définir, en coopération avec les moyens de commande des moyens de valve, la grandeur du volume unitaire choisi. 3. - Dispositif selon-la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de valve d'admission et d'échappement sont en position ouverte lorsqu'ils ne sont pas sollicités par les moyens de commande de façon que le débit de fluide ne soit pas interrompu en cas de panne du dispositif. 4. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de comptage des volumes de fluide s'écoulant dans la capacité et des moyens d'intégration permettant l'affichage simultané du débit instantané et de la consommation cumulée 5. - Dispositif selon l'une des revendications.1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de valve d'échappement sont réalisés avec un limiteur de débit du type clapet à bille de façon à laisser un écoulement d'échappement résiduel pendant le remplissage de la capacité, ceci- pour améliorer la continuité de l'écoulement sans nuire notablement à la précision de la mesure. 6. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de valve d'échappement et les moyens de valve d'admission sont constitués par une vanne électro magnétique en position fermée lorsqu'elle se trouve soumise à la tension du circuit d'alimentation prévu à cet effet. 7. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, ca ractérisé en ce que la capacité réglable comporte un corps muni d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie debouchant dans une chambre pourvue d'une membrane ou autre dispositif déformable souple de l'autre c8té de laquelle est fixée la tête d'un piston comportant une tige filetée verticale1 ladite tige filetée recevant un écrou mobile venant en butée contre une armature prévue à cet effet afin d'ajuster la course de la membrane. 8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'expulsion élastiques sont constitués par un ressort de pression dont l'axe coincide avec la tige filetée du piston, une extrémité du ressort s'appuyant sur la tête du piston et l'autre extrémité s'appuyant sur une manette de réglage montée à rotation dans un alésage fileté du corps de la capacité, la rotation de la manette permettant de régler l'écartement disponible pour le ressort afin de- déterminer la pression. moyenne d'échappement du fluide de la chambre. 9.-- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de commande des moyens de valve sont électriques et avantageusement réalisés par un inverseur qui met sous tension soit l'électrovanne d'admission, soit l'électrovanne de sortie, l'inverseur étant situé au-dessus de la capacité et de la tige filetée du piston et étant maintenu par deux pattes de fixation fixées au corps de la capacité. 10. - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de détection de variation du volume et (ou) de pression de fluide sont réalisés avantageusement par la coopéra tion.de.ltextrémité supérieure de la tige du piston en butée contre le levier de commande de l'inverseur, la position relative du point d'application des extrémités de la tige sur le levier étant réglable de façon à permettre le choix des seuils de déclenchement de l'inverseur espar là A la grandeur du volume unitaire. 11. - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de comptage sont électriques et utilisent la mise sous tension cyclique de l'électrovanne d'échappement cane signal pour dénombrer les volumes unitaires de fluide débités. 12. - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens d'intégration et d'affichage sont électroniques, du type digital avec convertisseur binaire. 13. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce-que les moyens de comptage sont mécaniques et constitués d'un compteur d'impulsions coopérant avec la. tige filetée du piston. 14. - Dispositif selon la revendication 1,; caractérisé en ce qu'il comporte : une électrovanne d'admission et une électrovanne d'échappement; une capacité munie dfune chambre délimitée par une membrane souple coopérant avec la teste plate d'un piston presseur soumis à un ressort dont la pression est réglable par l'intermédiaire d'une manette vissée dans le corps de la capacité, la tige du piston étant munie d'un filetage sur lequel vient se visser à des fins de réglage une butée coopérant avec une armature pour limiter le mouvement du piston lors de la phase d'admission tandis que la chambre présente une butée souple limitant le mouvement du piston lors de la phase d'expulsion du fluide; un inverseur de tension d'alimentation électrique dont le levier coopère avec l'extrémité supérieure de la tige de piston pour mettre alternativement sous tension les électro- vannes, le point d'application tige-levier étant réglable latéralement pour permettre le réglage du volume unitaire cyclique en influant sur la course du piston correspondant à une phase du cycle. 15. - Application d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 14 à la mesure du débit et à la régulation en pression de l'écoulement de carburant dans le circuit d'alimentation pompe-carburateur d'un véhicule automobile.