Brevet FR2422936A1 — publié le 19791109

La présente invention concerne un dispositif de mesure d'écoulement ou de débit On connalt divers types de dispositifs pour mesurer et régler le débit ou la vitesse d'écoulement dbun fluide Ces dispositifs ont des applications très développées. Par exemple comme représenté à la figure 1 un tel dispositif de mesure de débit peut être monté dans la commande de réaction d'un dispositif d'alimentation en combustible d'un moteur a combustion interne Selon la figure le la référence 1 concerne une conduite d'aspiration d'air d'un moteur , la référence 2 concerne un mécanisme de commande de réaction formé d'un mécanisme d'ouverture du papillon et d'un servo-mécanisme de commande de pression piffé rentielle 4 Deux papillons ou valves d'étranglement dair sont logés dans la conduite d'aspiration d'air 1 : un papillon amont 5 et un papillon aval 6 ; l'un des deux papillons en général le papillon amont 5 est utilisé comme valve de détection de débit et est relié au mécanisme d'ouverture de valve 3 - autre papillon 6 qui est en général le papillon aval sert de valve de commande de débit et est relié à la pédale d'accélérateur 7 Si P1 est la pression d'air en amont du papillon amont 5 et si P2 est la pression de l'air dans la chambre intermédiaire 8 entre la vanne amont 5 et la vanne aval 6 et si l'on maintient constante la différence de pression(Pl=P2)2 alors le débit d'air est proportionnel à la surface d'ouverture du papillon amont 5 ce qui permet de mesurer le débit à l'aide de la surface d'ouverture du papillon Un tel dispositif de mesure de débit (débitmetre) est de type à mesure de surface , la pression différentielle (Pl=P2) est réglée pour être constante grâce au mécanisme de commande de réaction 2 De façon plus particulière, lorsque la différence de pression (P1-P2) varie légèrement par rapport à une certaine valeur le servo-mécanisme 4 détecte et amplifie cette variation et le mécanisme d'ouverture de papillon 3 est commandé par le signal de sortie du servomécanisme 4 pour commander le papillon amont 5 de façon à augmenter ou à diminuer son degré d'ouverture. d'une valeur correspondant à la déviation pour ainsi corriger la différence de pression (P1-P2) par rapport à la valeur constante Le mécanisme d'ouverture de papillon 3 se compose d'un diaphragme 9 placé dans un boitier par l'intermédiaire d'un ressort 10 la partie mobile du diaphragme 9 est reliée au papillon amont 5. Le servo-mécanisme 4 se compose des chambres A et B séparées par un diaphragme Il qui sert à régler la difference ae pression ainsi que des chambres C et D séparées par un orifice variable 13 dont la surface d'ouverture varie en fonction du déplacement de la valve 12 reliée au diaphragme ll= Les chambres A et D communiquent l'une avec l'autre par l'intermédiaire dZun orifice de communication 14 et se trouvent à la pression - la chambre B communique avec la chambre intermédiaire 8 en aval du papillon amont 5 ; la chambre C communique avec le mecanisme d'ouverture de valve 3 et avec la chambre intermédiaire 8 par un organe d'amortissement ou d'étranglement 15 En outre. les chambres A et D communiquent avec le côté amont du papillon amont 5 de façon que la pression qui règne dans chacune de ces chambres soit égale à PI La pression qui règne dans la chambre B est égale à P2 Ainsi la variation de la pres= sion différentielle (P1=P2) est détectée par le déplacement du diaphragme Il séparant l'une de l'autre les chambres A et B La différence de pression (Pl-P2) est réglée par des ressorts 1 et 18 Les forces exercées par les ressorts 17 et 18 sont fixées de façon à etre équilibrées par les forces créées par les pressions P1 et P2 agissant sur les surfaces opposées du diaphragme ll La référence numérique 19 concerne une vis de réglage permettant un réglage fin des ressorts ; la référence 16 concerne un soufflet monté en parallèle avec les ressorts 17 et 18 Le soufflet 16 contient un gaz qui est à la meme pression et à la meme température que l'atmosphère extérieurer dans des conditions de référence prédéterminées, c'est-à-dire à une pression et à une température de référence ; une extrémité du soufflet est en contact avec la valve 12 pour ne pas en être séparée et l'autre extrémité est fixée à la partie fixe du corps Le gaz contenu dans le soufflet sera décrit de façon plus détaillée.Dans le cas d'un dispositif de mesure de débit massique selon l'invention appliqué à un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile, certaines conditions atmosphériques c'est-à-dire une pression atmosphérique de 1- atmosphère et une température de 200 constituent les conditions de référence tenant compte des conditions variables de liatmosphere à l endroit considéré. telles que la hauteur par rapport à la mer. le caractère montagneux etc ou plus généralement les conditions dans lesquelles le véhicule automobile est utilisé ainsi que la saison et le climat et notamment les conditions atmosphériques rencontrées le plus fréquemment en pratique ainsi que les conditions atmosphériques de zones urbaines qui sont les plus importantes au regard de la pollution par les gaz d'échappement Dans le cas du présent exemple le gaz à la pression de référence et à la température de référence du soufflet est un gaz à 1 atmosphère et à 203; Si l'on utilise de l'air comme gaz remplissant le soufflet, on met cet air à une température ambiante de 200 Le gaz mis dans le soufflet n'est pas nécessairement de l'air - il peut s'agir de n'importe quel autre gaz En outre: si un turbocompres--- seur est monté en amont du papillon de commande de pression la pression de référence dans l'exemple ci-dessus sera fixée à une valeur supérieure à 1 atmosphèreD En outre: si la surface d'ouverture du papillon amont 5 doit etre proportionnelle au débit volumique à la pression atmosphérique et à la température de l'air extérieur le soufflet 16 devient inutile Le principe de fonctionnement d'un dispositif de mesure de la masse d'air, classique, applicable à un moteur à combustion interne correspondant à la structure ci dessus sera décrit ci-après, Si la différence de pression (Pi=P2) de part et d'autre du papillon amont 5 est légèrement changée par rapport à une grandeur prédéterminée, Le diaphragme 11 est déplacé de façon à déplacer la valve 12 pour que la surface d'ouverture de l'orifice variable 19 entre les chambres C et D varie et que la pression Pn de la chambre C varie entre les valeurs (P1 et P2). Si la pression Pn de la chambre C varie par suite du changement de la différence de pression (Pl=P2) comme indiqué ci-dessus. le diaphragme 9 du mécanisme d'ouverture de valve 3 est déplacé et en définitive le papillon amont 5 se déplace dans le sens de la correction de ce changement Dans ce cas, s'il y a des variations de température et de pression pour l'air d'entrées le volume de gaz contenu dans le soufflet 16 varie et la force agissant sur le diaphragme 11 par le soufflet 16 à travers la valve 12 varie également Cette variation se fait dans un sens tel que si la densité caractéristique de l:air d'entrée augmentes la différence de pression (P1--P2) diminue et en définitive la surface d'ouverture du papillon amont 5 est proportionnelle au débit massique Si le mécanisme de commande de combustible (carburant) est monté de façon que le débit de carburant soit proportionnel à la surface d'ouverture, il en résulte que le rapport pondéral de l'air aspiré par rapport au carburant peut être maintenu constant quelles que soient la pression et la tempe rature de l'air extérieur. Selon la description ci-dessus, le dispositif de la figure 1 sert à maintenir constant le rapport entre la masse d'air et la masse de carburant. Cependant s'il est impossible d'avoir une différence de pression suffisamment grande sur le papillon 5 de détection de débit, la source de pression négative Pn pour commander le mécanisme d'ouverture de papillon 3 n'est pas suffisante pour arriver à un fonctionnement sûr du papillon de détection de débit 5. La présente invention a pour but de créer un dispositif de mesure de débit fonctionnant selon le principe d'une variation de surface. ce dispositif comportant un papillon amont (valve de détection de débit) et un papillon aval, ces deux papillons sont placés dans un conduit de fluide, un mécanisme de commande de réaction utilisant un fluide pour maintenir constante la différence de pression de part et d'autre de la valve amont, le débit de fluide dans le canal étant mesuré sur la base de la surface d'ouverture du papillon amont, ce dispositif étant caractérisé selon l'invention en ce qu'il comporte une conduite qui courtcircuite le papillon amont ainsi qu'un mécanisme placé dans cette conduite pour amplifier la différence de pression à l'aide du débit de fluide, la pression créée dans le mécanisme assurant la commande d'un mécanisme d'ouverture de papillon. La présente invention concerne un débitmètre fonctionnant par mesure de surface et composé d'un papillon amont (valve de mesure de débit) ainsi qu'un papillon aval qui sont placés dans un conduit de fluide ; un mécanisme de commande de réaction utilise un fluide pour maintenir constante la différence de pression de part et d'autre du papillon amont, le débit de fluide dans le conduit étant mesuré en fonction de la surface d'ouverture du papillon amont, ce dispositif étant en outre caractérisé par une conduite qui court-circuite le papillon amont et un mécanisme placé dans cette conduite pour amplifier la différence de pression en utilisant le débit de fluide pour commander le mécanisme d'ouverture du papillon à l'aide de la pression ainsi produite.Cette caractéristique selon l'invention permet de stabiliser le fonctionnement du mécanisme d'ouverture du papillon même si la différence de pression de part et d'autre du papillon de détection de débit est relativement faible Cela améliore la caractéristique de ce dispositif La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés: dans lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un dispositif classique - la figure 2 est une coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation de l'invention - la figure 3 est un graphique montrant la pression dans un tube venturi - la figure 4 est une coupe longitudinale d'un mécanisme amplificateur de pression selon un second mode de réalisation de 1 'invention - la figure 5 est une coupe selon la ligne X-X de la figure 4. - la figure 6 est un graphique de la distribution de la pression selon un second mode de réalisation de l'invention - la figure 7 est une coupe longitudinale d'un mécanisme amplificateur de pression correspondant à un troisième mode de réalisation de l'invention - la figure 8 est une coupe selon la ligne Y-Y de la figure 7 - la figure 9 est une coupe longitudinale d'un mécanisme amplificateur de pression correspondant un quatrième mode de réalisation de l'invention - la figure 10 est une coupe selon la ligne Z=Z de la figure 9 - la figure ll est une coupe longitudinale d'un mécanisme amplificateur de pression correspondant à un cinquième mode de réalisation de l'invention - la figure 12 est une coupe longitudinale d'un mécanisme amplificateur de pression-correspondant à sixième mode de réalisa- tion de l'invention DESCRIPTION DE DIVERS MODES DE REALISATION PREFERENTIELS DE L'INVENTION La figure 2 représente un premier mode de réalisation de l'invention Selon la figure 2, la référence 20 concerne un mécanisme d'amplification de pression formé d'un tube Venturi 22 placé dans une conduite de by-pass 21 réunissant le côté amont d'un papillon de détection de débit 5 à une chambre intérieure 8 un orifice 23 est placé dans la région 22a la plus étroite du tube Venturi 22 L'orifice 23 communique avec la chambre C d'un mécanisme me d'ouverture de papillon 4 par l intermédiaire d=une conduite 24 En outre la pression à détecter dans la région la plus étroite 22a du tube Venturi 22 P2 est inférieure à la pression P2 de la chambre intermédiaire 8 comme représenté à la figure 3 Dans ce montage la pression à détecter par le diaphragme Il dlun servomécanisme 4 est la différence de pression (P1-P2) de part et d'autre d'un papillon de détection de débit 5 et la surface d'ouverture d'un orifice variable 13 varie avec la différence de pression (Pl-P2) La chambre C communique avec la pression PI du côté amont du papillon de détection de débit-5 ainsi qu'avec la pression P2' dans la région la plus étroite 22a du tube Venturi de sorte que la pression Pn dans la chambre C varie entre les grandeurs P1 et P2 A Comparée à la pression entre PI et P2', qui règne dans la chambre C du dispositif connu la différence de pression augmente de la valeur P2-P2'. de sorte que même si la différence de pression (P1-P2) de part et d'autre du papillon de détection de débit 5 est relativement faible: le fonctionnement du mécanisme d'ouverture de papillon 3 est sur En outre dans ce mode de réali station:: le côté aval de la conduite de by=-pass 21 communique avec la chambre intermédiaire 8 mais peut également communiquer avec le côté amont du papillon de commande de débit 6 et dans ce cas la pression régnant dans la chambre C varie entre la grandeur P1 existant dans la partie la plus amont et la pression P3' qui est inférieure à la pression P3 existant dans la partie la plus aval ainsi la différence de pression est augmentée de la valeur P2'-P3' comparée au cas dans lequel la communication se fait avec la chambre intermédiaire 8 Les figures 4 et 5 représentent un mécanisme d'amplification de différence de pression 20 selon un second mode de réalisation de l'invention; Le mécanisme d'amplification de différence de pression 20 se compose d'une conduite 24 qui fait partie d'une conduite de court-circuit 21 s le dispositif comporte également une conduite 25 dont le diametre extérieur est inférieur au diamètre intérieur de la conduite 24 et qui traverse la conduite 24 perpendiculairement: un orifice 26 étant formé dans la zone amont de la surface cylindrique de la conduite 25 à l'intérieur de la conduite 24 Lorsqu'un fluide passe- dans la conduite 24 la distribution de la pression autour de la conduite 25 correspond au schéma de la figure 6 ;; la pression P23 du côté aval à l endroit de l'orifice 26 est plus faible que la pression P2 Suivant un essaie on a constaté que la différence (P1-P2') était sensiblement égale à 1!5 fois la différence (Pl-P2) Si dans ces conditions la conduite 25 communique avec le mécanisme d'ouverture de vanne 3 et la chambre C du servomécanisme? il est possible diobtenir le même résultat que dans le mode de réalisation de la figure 2 Les figures 7 et 8 représentent un tube Venturi d'ampli fication de différence de pression constitué par une encoche 27 dans la partie la plus étroite 22a du tube Venturi 22 représenté à la figure 2. L'encoche 27 s'ouvre du côté aval du tube Venturi 22 par l'intermédiaire d'un orifice 23 Dans ce montage le fonctionnement du mécanisme d'ouverture 23 devient sur et la perte de charge du fluide qui arrive dans la région la plus étroite 22a de la conduite 23 est diminuée, ce qui améliore la réponse du serve mécanisme Les figures 11 et 12 représentent un mécanisme d'amplifi cation de différence de pression 20 selon divers autres modes de réalisation de l'inventionO Le mode de réalisation de la figure 11 est une combinaison des caractéristiques des tubes Venturi 22 représentés aux figures 2 7 et 8 et des caractéristiques. du mécanisme représenté aux figures 4 et 5 . le mode de réalisation de la figure 12 est une combinaison de deux tubes Venturi 22 et du mécanisme représenté aux figures 4 et 5 Les deux dispositifs sont destinés à amplifier la différence de pression. Les figures 9 et 10 représentent un mécanisme peu coûteux ayant le même rôle que le tube venturi 92. Selon la figure 10, une partie d'une conduite 28 est applatie et comporte à cet endroit un orifice 23. REVEND I CAT IONS 10) Débitmètre fonctionnant par mesure de surface. comportant un papillon amont et un papillon aval placés dans un canal traversé par un fluide ainsi qu'un mécanisme de commande de réaction utilisant un fluide pour maintenir constante la différence de pression de part et d'autre du papillon amont (valve de détection de débit) le débit du fluide étant mesuré en fonction de la surface d'ouverture du papillon amont, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte une conduite qui court-circuite le papillon amont et un mécanisme placé dans cette conduite pour amplifier la différence de pression en utilisant le débit du fluide le montage étant tel que la pression fournie par le dispositif assure la commande d'un mécanisme d'ouverture de papillon 20) Débitmètre selon la revendication 1. caractérisé en ce que le mécanisme d'amplification de la différence de pression utilisant l'écoulement du fluide se compose dsun tube Venturi placé dans la conduite de by-pass:: un orifice étant réalisé dans la région la plus étroite du tube Venturi et la conduite de courtcircuit fait communiquer cet orifice avec le mécanisme d'ouverture du papillon 30) Débitmètre selon la revendication 2 caractérisé en ce que la région la plus étroite du tube Venturi comporte une encoche qui s'ouvre en direction du côté aval 40) Débitmètre selon la revendication 1 caractérisé en ce que le mécanisme d'amplification de la différence de pression par utilisation du débit de fluide se compose d'une conduite dont une extrémité traverse une partie de la conduite de court-circuit, et qui communique à l'autre extrémité avec le côté aval du mécanisme d'ouverture du papillon, un orifice étant réalisé dans la partie de la conduite de court-circuit, cet orifice étant dirigé vers le côté aval de cette conduite 50) Débitmètre selon la revendication 1 caractérisé en ce que le mécanisme d'amplification de la différence de pression par le débit du fluide se compose d'une partie aplatie réalisée dans le conduite de court-circuit, cette partie aplatie comportant un orifice, cet orifice et le mécanisme d'ouverture du papillon communiquant l'un avec l'autre par la conduite- 60) Débitmètre selon ia revendication 1 caractérisé en ce que le mécanisme d'amplification de la différence de pression par le débit du fluide se compose d'un tube Venturi prévu dans la conduite de court-circuite une extrémité de cette conduite étant perpendiculaire à la région la plus étroite du tube Venturi et l'autre extrémité étant reliée au mécanisme d ouverture du papil=- lon une partie de la conduite de court-circuit comportant un orifice dirigé vers le coté aval du tube Venturi