Brevet FR2713777A1 — publié le 19950616

La présente invention concerne le domaine des dispositifs de mesure de la composition d'un liquide. La présente invention trouve notamment, mais non exclusivement, application dans la mesure de la composition d'un carburant, en particulier dans la mesure du taux d'additif dans celui-ci. La mesure de la composition d'un carburant, notamment du taux d'additif dans un carburant, peut être utile à diverses fins. En particulier la mesure du taux d'additif dans un carburant peut être exploitée pour contrôler in situ la quantité d'additif introduite dans le réservoir de carburant. On sait que les carburants utilisés de nos jours pour l'alimentation de véhicule automobile comprennent généralement par exemple des additifs formés de composés organo- métalliques servant de catalyseur de combustion pour les particules de suie. Ces additifs organo- métalliques ont pour but de réduire la température d'inflammation de ces particules. Généralement, ces additifs sont mélangés au carburant lors du processus industriel d'obtention du carburant, dans les usines pétrolières productrices. Toutefois, sauf à multiplier les variétés de carburant distribuées, l'adjonction de ces additifs dans les usines n'offre aucune souplesse d'adaptation au choix des utilisateurs, ou à la motorisation. Comme décrit dans les documents FR-A-2668203, EP-A- 269228, DE-A-3836602 et US-A-4621593, on a proposé des systèmes conçus pour mesurer la quantité de carburant introduite dans un réservoir, et injecter directement dans celui-ci une quantité d'additif proportionnelle à la quantité mesurée de carburant. Ces systèmes proposés requièrent des moyens de calcul puissants pour définir la quantité d'additif à injecter. Par ailleurs, en cas d'erreur ou de dérive dans le calcul, ils conduisent à un taux erroné d'additif fortement préjudiciable. Le but de la présente invention est de perfectionner les systèmes existants. Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un dispositif comprenant: - un boîtier conçu pour recevoir le liquide dont on veut mesurer la composition, - des moyens aptes à appliquer une onde acoustique au liquide, et - des moyens aptes à mesurer la célérité de l'onde acoustique se propageant dans le liquide et à déduire la composition du liquide à partir de la célérité mesurée. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le dispositif comprend des moyens réflecteurs d'onde acoustique placés dans le boîtier à une distance connue des moyens émetteurs/récepteurs aptes à appliquer une onde acoustique au liquide. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le dispositif comprend une chambre étalon comprenant un liquide de composition connue, placée à la même température que le boîtier. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 représente une vue schématique en coupe verticale d'un dispositif de mesure conforme à la présente invention, - les figures 2 et 3 annexées représentent, selon des vues en coupe verticale, deux variantes de réalisation conformes à la présente invention, - la figure 4 représente la vitesse d'une onde acoustique mesurée dans un carburant de véhicule automobile, en fonction de sa température, et ce pour différents taux de ferrocène, et - la figure 5 représente schématiquement un réservoir de véhicule automobile équipé d'un dispositif de mesure conforme à la présente invention. On va par la suite décrire les modes de réalisation préférentiels de la présente invention dans le cadre d'une application au carburant du véhicule automobile. Toutefois, ce descriptif ne doit pas être considéré comme limitatif. On aperçoit sur la figure 1 annexée un boîtier 10 conçu pour recevoir le liquide L dont on veut mesurer la composition. En pratique le boîtier 10 peut être formé par le réservoir de carburant lui-même placé dans le véhicule automobile. De préférence cependant le boîtier 10 est formé d'une chambre de plus faible volume placée à l'intérieur du réservoir de carburant du véhicule, ou encore à l'extérieur de ce réservoir de carburant, sous réserve que ledit boîtier 10 communique avec le volume interne du réservoir, de sorte que le carburant L placé dans le boîtier 10 soit toujours le même que le carburant placé dans le réservoir. Le système comprend des moyens 20 aptes à appliquer une onde acoustique au liquide L. Plus précisément, ces moyens 20 sont associés à des moyens 60 aptes à mesurer la célérité de l'onde acoustique se propageant dans le liquide L. On peut pour cela prévoir, d'une part des moyens émetteurs d'onde acoustique, d'autre part des moyens récepteurs d'onde acoustique couplés par l'intermédiaire du liquide L et situés à une distance respective connue. Il suffit alors de mesurer, au niveau des moyens 60 reliés à la fois aux moyens émetteurs et aux moyens récepteurs, le temps de propagation entre les moyens émetteurs et les moyens récepteurs, sur la distance connue, pour connaître la célérité de l'onde acoustique dans le liquide L. Toutefois, selon le mode de réalisation préférentiel représenté sur les figures annexées, les moyens émetteurs et les moyens récepteurs de l'onde acoustique sont confondus et sont placés en regard d'un réflecteur 30 placé dans le boîtier 10 à une distance connue de ces moyens émetteurs/récepteurs 20. Ainsi, en mesurant le temps d'aller et retour des ondes acoustiques réfléchies sur les réflecteurs 30, la célérité des ondes acoustiques dans le liquide L peut être obtenue aisément. On a en effet C = 2h/T, relation dans laquelle: C représente la célérité des ondes acoutiques dans le liquide L, h représente la distance séparant le réflecteur 30 des moyens émetteurs/récepteurs 20, et T représente le temps mesuré entre l'émission initiale d'une onde acoustique et la réception de l'écho correspondant sur les moyens émetteurs/récepteurs 20. De préférence, les moyens émetteurs/récepteurs 20 sont formés d'une cellule piézo-électrique. Par ailleurs, cette cellule piézo-électrique 20 est de préférence placée à la base du boîtier 10. De façon connue en soi, la cellule piézo- électrique 20 repose, sur sa face opposée au liquide L, sur un revêtement absorbeur 22 qui évite la propagation d'ondes acoustiques parasites à l'opposé du liquide L. Selon la variante de réalisation représenté sur la figure 1, les moyens réflecteurs 30 sont supportés à hauteur connue h sur la paroi interne du boîtier 10. Comme on le verra à l'examen des figures 2 et 3, ces moyens réflecteurs 30 pourraient être prévus au sommet du boîtier 10. Connaissant la fonction reliant la célérité des ondes acoustiques à la nature du carburant L, en particulier au taux d'additif de celui-ci, on peut à l'aide de moyens électroniques simples 60, à base de moyens de calcul, ou encore de tables contenant des valeurs prémémorisées, obtenir la composition du carburant, de préférence le taux d'additif contenu dans celui-ci. On a représenté sur la figure 4 annexée, des courbes illustrant la célérité d'une onde acoustique dans un carburant, en fonction de la température de celui-ci, et ce pour deux taux d'additifs de ferrocène, respectivement à 600PPM et 800PPM. Comme on le voit à l'examen de la figure 4, la célérité d'une onde acoustique dans le carburant dépend fortement de la température. Pour cette raison, dans le cadre de la présente invention, les moyens conçus pour déduire la composition de liquide, de la célérité mesurée dans celui-ci, sont en outre adaptés pour tenir compte de la température du liquide. Cette température peut être mesurée à l'aide d'une sonde 50 reliée aux moyens 60 comme schématisé sur la figure 1. L'information de température obtenue peut être utilisée par des moyens de calcul intégrés aux moyens 60 pour affiner le résultat de la mesure de composition. En variante l'information de température obtenue peut être utilisée pour une sélection parmi plusieurs tables prémémorisées intégrées à ces moyens 60, ou encore pour une sélection de valeur dans une telle table prémémorisée intégrée à ces moyens 60. La présente invention trouve notamment application à la mesure du taux de ferrocène dans un carburant de type gas oil. Cependant, l'invention n'est pas limitée à cette application particulière. En particulier, la présente invention peut être utilisée non pas pour mesurer un taux d'additif dans un carburant, mais pour déterminer la nature du carburant. Selon d'autres variantes qui sont représentées sur les figures 2 et 3, on peut s'affranchir du paramètre température en utilisant non pas une sonde de température 50, mais une chambre étalon contenant un liquide de composition connue adjacente au boîtier 10 pour être placée à la même température que celui-ci. On a représenté sur la figure 2 une variante de réalisation d'un dispositif conforme à la présente invention comprenant un boîtier 10 conçu pour recevoir le liquide L dont on veut mesurer la composition, communiquant avec le réservoir de carburant par l'intermédiaire d'ouvertures 12, et dont la paroi supérieure 14 sert de réflecteur à l'égard d'ondes acoustiques. Des moyens émetteurs/récepteurs piézo- résistifs 20 sont placés à la base de ce boîtier 10, sur un revêtement absorbeur 22. Par ailleurs, le dispositif représenté sur la figure 2 comprend une chambre étalon additionnelle 40 accolée latéralement au boîtier 10 pour être placée à la même température que celui-ci. La chambre étalon 40 est remplie d'un liquide 42 de composition connue. Le sommet 44 de la chambre 40 sert de réflecteur à l'égard d'ondes acoustiques. La chambre 40 est munie à sa base de moyens émetteurs/récepteurs 46 d'ondes acoustiques placés sur un revêtement absorbeur 48. On comprend que la mesure du temps de propagation aller/retour d'une onde acoustique entre les moyens émetteurs/récepteurs 46 et le sommet 44 de la chambre 40, dans le liquide 42 de composition connue, permet d'obtenir directement une information représentative de la température du liquide. On peut le cas échéant synchroniser les moyens émetteurs/récepteurs 20 et 46. Dans ce cas, il suffit de prendre en compte, d'une part le temps de propagation aller retour dans le liquide étalon 42, d'autre part le déphasage entre la réception des échos sur les moyens émetteurs/récepteurs 20 et 46 pour obtenir directement la composition du carburant, en éliminant totalement l'influence de la température sur la mesure. Bien entendu, comme indiqué précédemment pour la chambre de mesure 10, la chambre étalon 40 peut comprendre non pas des moyens émetteurs/récepteurs réunis localement, mais des moyens émetteurs/récepteurs distincts séparés entre eux d'une distance connue. Bien entendu, pour éviter tout mélange du liquide 42 de composition connue avec le carburant du réservoir, la chambre étalon 44 doit être étanche. On a représenté sur la figure 3 une autre variante de réalisation selon laquelle les deux chambres 10 de mesure et 40 étalon ne sont pas accolées latéralement, mais superposées. En pratique, la chambre de mesure 10 peut être située au-dessus de la chambre étalon 40 ou l'inverse. Dans le cadre d'une disposition superposée comme illustré sur la figure 3, on peut utiliser des moyens émetteurs/récepteurs piézo- électriques communs aux deux chambres 10, 40, situés entre celles-ci, ou encore utiliser des moyens émetteurs/récepteurs spécifiques 20, 46 situés respectivement de part et d'autre d'un revêtement absorbeur 22 comme schématisé sur la figure 3. En pratique, la hauteur des chambres de mesure 10 et étalon 40 peut être de l'ordre du cm. Le système de mesure et de détermination de la composition d'un carburant, précédemment décrit, peut être couplé à des moyens d'injection d'additif dans un réservoir de carburant, l'injection d'additif dans le carburant étant opérée jusqu'à obtention du taux d'additif requis. Pour cela, comme représenté sur la figure 5, il suffit de commander à l'ouverture une vanne 70 reliant un réservoir d'additif 72 au réservoir de carburant 74, tant que le taux d'additif mesuré dans le carburant reste inférieur à la consigne. Dans le cadre d'une variante de réalisation comprenant une chambre étalon 40 adjacente à la chambre de mesure 10, la vanne 70 peut être ouverte tant que le taux d'additif mesuré dans ladite chambre de mesure 10 n'a pas atteint le taux d'additif mesuré dans la chambre étalon 40 située à la même température, c'est à dire en fait tant que le temps aller/retour de l'onde ultrasonore (ou célérité) dans la chambre de mesure 10 n'est pas identique à celui (ou célérité) mesuré pour la chambre étalon 40. La commande de la vanne 70 doit cependant être pulsée et temporisée pour permettre une homogénéisation du carburant dans le réservoir et dans le boitier 10 au moment de la mesure. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la composition d'un liquide, notamment de la composition d'un carburant pour véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il comprend: - un boîtier (10) conçu pour recevoir le liquide dont on veut mesurer la composition, - des moyens (20) aptes à appliquer une onde acoustique au liquide (L), et - des moyens (60) aptes à mesurer la célérité de l'onde acoustique se propageant dans le liquide et à déduire la composition du liquide à partir de la célérité mesurée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens (20) d'application d'une onde acoustique comprennent un moyen émetteur et un moyen récepteur séparés d'une distance connue. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les moyens émetteurs et les moyens récepteurs (20) d'une onde acoustique sont distincts et séparés d'une distance connue. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2,caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (30) réflecteurs d'une onde acoustique située à une distance connue de moyens émetteurs/récepteurs d'onde acoustique (20). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens réflecteurs (30) sont formés par le sommet du boîtier (10). 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens réflecteurs (30) sont placés dans le boîtier (10) à distance choisie des moyens émetteurs/récepteurs (20). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les moyens (60) de mesure ou de déduction de la composition du liquide exploitent par ailleurs la température du liquide (L). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre au moins une chambre étalon (40) contenant un liquide de composition connue (42) et conçue pour être placée à la même température que le boîtier de mesure (10). 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une sonde de température (50). 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le boîtier (10) est formé du réservoir de carburant du véhicule automobile. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le boîtier (10) est formé d'une chambre auxiliaire de plus faible dimension que le réservoir, placée à l'intérieur ou à l'extérieur de celui- ci et communiquant avec ledit réservoir. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que les moyens émetteurs/récepteurs d'ondes acoustiques sont formées de moyens piézo-électriques (20, 46). 13. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la chambre étalon (40) est étanche. 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13 prises en combinaison avec la revendication 8, caractérisé par le fait que la chambre étalon (40) et le boîtier de mesure (10) sont juxtaposés latéralement. 15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que la chambre de mesure (10) et la chambre étalon (40) sont superposées verticalement. 16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à prises en combinaison avec la revendication 8, caractérisé par le fait que les moyens (60) de mesure et de déduction exploitent le temps aller/retour de l'onde acoustique dans le liquide de composition connue (42) d'une part, et le déphasage entre les échos reçus sur les moyens émetteurs/récepteurs associés respectivement à la chambre de mesure (10) et à la chambre étalon (40) d'autre part. 17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait qu'il est adapté pour mesurer le taux d'additif dans un carburant de véhicule automobile. 18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait qu'il est adapté pour mesurer le taux de ferrocène dans du gaz oil. 19. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un réservoir d'additif (72) relié au réservoir de carburant (74) d'un véhicule automobile et des moyens de contrôle d'écoulement (70) intercalés entre le réservoir d'additif (72) et le réservoir de carburant (74), lesquels moyens de contrôle (70) sont pilotés par le signal issu des moyens (60) aptes à mesurer la célérité de l'onde acoustique et à déduire la composition du liquide, pour maintenir les moyens de contrôle (70) ouverts tant que le taux d'additif mesuré dans le carburant est inférieur à une consigne. 20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé par le fait que les moyens de contrôle d'écoulement (70) sont maintenus ouverts tant que la célérité mesurée dans le boitier (10) n'est pas identique à la célérité mesurée dans une chambre étalon (40) contenant un liquide de composition connue. 21. Dispositif selon l'une des revendications 1 à , caractérisé par le fait que la hauteur du boîtier (10) est de l'ordre de lcm.