Brevet FR2719871A1 — publié le 19951117

DISPOSITIF DE TEST D'INJECTEURS POUR MOTEURS A COMBUSTION INTERNE L'invention concerne un dispositif de test d'injecteurs pour moteurs à combustion interne, en particulier d'injecteurs pour moteurs Diesel. Il est important de déterminer avec précision les caractéristiques fonctionnelles des injecteurs qui sont montés sur les moteurs de véhicules automobiles, certaines de ces caractéristiques ayant une influence sensible sur les émissions de composés polluants dans les gaz d'échappement. Certains constructeurs automobiles ont observé des écarts de performances de l'ordre de 20% sur des moteurs équipés d'injecteurs qui étaient réputés identiques, toutes autres choses étant par ailleurs égales; il ne suffit donc pas de fabriquer des injecteurs avec une bonne précision, il est également nécessaire de les tester pour connaître leurs caractéristiques de fonctionnement, cette connaissance permettant de sélectionner des injecteurs qui, une fois montés sur des moteurs, conduiront à une diminution des émissions de composés polluants dans les gaz d'échappement. Ces essais permettront également d'identifier les caractéristiques d'injecteurs conduisant aux meilleures performances des moteurs, de préciser les cahiers des charge remis aux fabricants d'injecteurs et de qualifier les injecteurs fournis par les fabricants. Or, il n'existe pas actuellement de bancs d'essai ou d'installations permettant de tester des injecteurs, en particulier pour moteurs Diesel, et de définir leurs caractéristiques fonctionnelles de façon précise, complète, reproductible et rapide dans des conditions correspondant à des conditions de fonctionnement sur moteur. L'invention a notamment pour but de répondre à ce besoin. Elle propose à cet effet un dispositif de test d'injecteurs pour moteurs à combustion interne, comprenant des moyens de montage d'un injecteur, des moyens d'alimentation de l'injecteur en carburant, des moyens de commande de l'injecteur et des moyens de détection, de mesure et de visualisation des caractéristiques des jets de carburant produits par l'injecteur, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte fermée étanche comportant les moyens de montage de l'injecteur, des moyens d'amenée d'un gaz inerte sous pression dans l'enceinte et des moyens de circulation du gaz inerte sous pression dans l'enceinte parallèlement à l'axe d'injection, l'enceinte comprenant en outre des hublots orientés vers l'axe d'injection perpendiculairement à celui-ci, les moyens précités de détection et de mesure étant montés à l'extérieur de l'enceinte en regard des hublots. Le dispositif selon l'invention présente l'avantage essentiel de permettre une détermination précise des caractéristiques de fonctionnement d'un injecteur dans une ambiance sous pression, la pression étant avantageusement déterminée pour que la densité du gaz sous pression corresponde aux caractéristiques d'injection dans des moteurs, en particulier des moteurs Diesel. De plus, les moyens de circulation du gaz inerte sous pression dans l'enceinte permettent d'entraîner hors de l'enceinte les gouttes de carburant après chaque injection, avec pour avantage de ne pas perturber les caractéristiques de l'injection suivante. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend des moyens de recyclage du gaz inerte sortant de l'enceinte, ces moyens de recyclage comportant des moyens de séparation liquide-gaz et des moyens de mise en vitesse et en pression du gaz, reliés à une entrée de l'enceinte. Le recyclage du gaz permet de réduire le coût de fonctionnement de façon sensible. Avantageusement, les moyens de recyclage comprennent également des moyens de commande et de régulation de la température du gaz inerte, tels par exemple qu'un échangeur de chaleur traversé par le gaz. Les mesures peuvent ainsi être réalisées à température constante et donc de façon plus fidèle et reproductible. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend des moyens de déviation d'une partie du jet produit par l'injecteur en dehors de la zone de détection définie par les hublots précités, de façon telle que la partie restante du jet traverse cette zone de détection sans être perturbée. Avantageusement, cette partie restante du jet est une lame de faible épaisseur passant par l'axe d'injection. Cette disposition facilite beaucoup la détermination et la mesure des caractéristiques du jet, notamment la détermination par diffraction laser de la granulométrie des gouttes de carburant. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens de déviation comprennent un dièdre dont le sommet est disposé du côté de l'injecteur perpendiculairement à l'axe d'injection et comprend une fente rectiligne d'entrée du jet, le plan bissecteur du dièdre passant par l'axe d'injection et étant perpendiculaire à une ligne droite reliant deux hublots précités. Avantageusement, des conduits par exemple tronconiques relient ces hublots à deux orifices alignés formés dans les parois du dièdre. De façon générale, le dispositif selon l'invention permet une détermination complète des caractéristiques de fonctionnement d'un injecteur, en particulier pour moteur Diesel, en une durée de l'ordre de 8 heures. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente schématiquement le dispositif selon l'invention, la figure 2 est une demi-vue en coupe axiale et demi-vue en élévation de l'enceinte de ce dispositif; la figure 3 est une vue schématique partielle en perspective, à plus grande échelle, des moyens de déviation d'une partie du jet, prévus dans l'enceinte de la figure 2. On se réfère d'abord à la figure 1, qui représente schématiquement les moyens essentiels du dispositif selon l'invention. Ce dispositif comprend une enceinte 10 fermée de façon étanche et construite pour résister à des pressions élevées largement supérieures à 30 bars, cette enceinte 10 comprenant des moyens de montage d'un injecteur 12 orienté de façon à produire un jet 14 de carburant dans l'axe de l'enceinte 10, cet injecteur 12 étant alimenté en carburant par des moyens comprenant un réservoir 16, une pompe 18 entraînée par un moteur 20, éventuellement un accumulateur 22 et une électrovanne 24. L'enceinte 10 est elle-même remplie de gaz inerte sous pression, par exemple d'azote ou de dioxyde de carbone, par des moyens comprenant des réservoirs 26 de gaz inerte sous pression élevée, des électrovannes 28 et un détendeur 30. Des moyens de circulation du gaz inerte sous pression sont également prévus, comprenant un moyen 32 de mise en pression et en vitesse, tel qu'un compresseur périphérique par exemple, dont la sortie est reliée par un conduit 34 à une entrée 36 de l'enceinte en amont de l'injecteur 12, l'enceinte comprenant par ailleurs une sortie 38 axialement opposée à l'entrée 36, en aval du jet 14 de carburant, cette sortie 38 étant reliée par un conduit 40 à des moyens 42 de coalescence réalisant une séparation gaz-liquide, la sortie gaz des moyens 42 étant reliée à un échangeur de chaleur 44, par exemple du type à eau, permettant de contrôler et de réguler la température du gaz inerte, la sortie gaz de l'échangeur 44 étant reliée à l'entrée du moyen 32 de mise en pression et en vitesse. L'enceinte 10 comprend en outre des hublots 46 transversalement alignés à hauteur du jet de carburant 14 produit par l'injecteur 12, pour permettre l'observation et la détermination des caractéristiques de ce jet. Les moyens de détection et de mesure sont de deux types - des moyens d'observation comprenant une caméra vidéo 48, par exemple du type CCD, associée à des moyens 50 de traitement de l'information tels qu'un micro-ordinateur programmé, par exemple du type PC, permettant par traitement d'images de visualiser les contours du jet 14 et de mesurer ses caractéristiques géométriques ainsi que leur évolution (angie au sommet du jet, vitesse de croissance du jet, détermination de lignes d'isoconcentration, etc), - des moyens de mesure de granulométrie des gouttes du jet 14, comprenant par exemple un générateur laser 52 et un récepteur 54 qui sont disposés de part et d'autre de l'enceinte 10 au niveau de deux hublots 46 de façon à ce que le générateur laser 52 et le récepteur 54 soient alignés sur un même axe optique, sensiblement confondu avec l'axe d'alignement des deux hublots 46. Le récepteur 54 est relié au système 52 de traitement de l'information et permet une détermination de la taille des gouttes du jet 14 à partir de la diffraction par ces gouttes du faisceau laser émis par le générateur 52. De façon plus détaillée, la caméra vidéo 48 qui, en position de fonctionnement, est disposée sur l'axe d'un hublot 46, est une caméra CCD matricielle (par exemple 752 x 582 pixels) du type "single shot" synchronisable avec la commande d'injection et permettant des prises de vues fixes instantanées du jet 14 produit par l'injecteur, l'intervalle de temps entre le début d'une injection et une prise de vue étant réglable. Pour une meilleure qualité d'image, cette caméra vidéo CCD est associée à des moyens d'éclairage tels qu'une lampe à halogène ou un stroboscope. Le générateur laser 52 peut être par exemple une diode laser d'une puissance de 5 mW, émettant un faisceau laser ayant un diamètre de l'ordre de 2 mm. Ce faisceau laser est diffracté par les gouttelettes de carburant constituant le jet 14, le récepteur 54 étant du type en anneau pour capter la lumière diffractée par les gouttelettes et comprenant par exemple une cinquantaine de photodiodes. Les systèmes connus de mesure de granulométrie de gouttes par diffraction laser ont des performances qui dépendent beaucoup de la concentration des gouttes dans le champ d'observation, le faisceau lumineux émis étant dévié en totalité (phénomène d'obscuration du récepteur) quand la concentration de gouttes atteint ou dépasse une valeur limite prédéterminée. Cette valeur limite est très rapidement atteinte pour un injecteur de moteur Diesel, ce qui interdit de faire des mesures de granulométrie pour tous les points de fonctionnement de l'injecteur. La présente invention permet d'éliminer cet inconvénient, grâce à des moyens particuliers installés dans l'enceinte 10 et qui vont maintenant être décrits en référence aux figures 2 et 3. Ces moyens, désignés généralement par la référence 56, sont placés juste en aval de l'injecteur, sur l'axe longitudinal du jet 14 et entre deux hublots 46 transversalement alignés de l'enceinte 10. Ils sont des tinés à dévier une partie du jet 14 en dehors de la zone de détection et de mesure qui est constituée par le volume observable à travers les deux hublots 46 transversalement alignés. Les moyens 56 comprennent deux plaques planes 58 à rebords latéraux verticaux 60 par lesquels elles sont reliées rigidement l'une à l'autre pour former un dièdre dont le sommet se trouve au voisinage immédiat de l'injecteur et comporte une fente rectangulaire qui s'étend transversalement et perpendiculairement à l'axe du jet, parallèlement aux hublots 46, cette fente 62 formant un orifice d'entrée d'une partie du jet qui ne sera pas déviée et qui s'écoulera sans perturbation entre les deux plaques 58. Chacune des plaques 58 comprend un orifice circulaire 64 centré sur llaxe commun des hublots 46, et un conduit 66, par exemple tronconique, qui relie l'orifice 64 au hublot 46 correspondant. Pour réduire les rerturbations à la sortie des moyens 56, c'est-à-dire en aval du dièdre, des plaques planes 68 verticales sont fixées sur une partie de la longueur des conduits 66 et s'étendent vers le bas à partir des plaques 58 et d'un plan axial horizontal de chaque conduit 66, sensiblement jusqu'à l'extrémité aval des plaques 58. Des moyens sont également prévus pour éviter l'entrée de gouttelettes de carburant dans les conduits 66, ces gouttelettes risquant de se déposer sur les faces internes des hublots 46 et donc de gêner l'observation et les mesures. Ces moyens comprennent des conduits 70 et 72 de circulation d'un gaz neutre de balayage, qui débouchent à l'intérieur des conduits tronconiques 66 au voisinage des hublots 46 d'une part et des orifices 64 des plaques 58 d'autre part et qui permettent de faire circuler à l'intérieur des conduits 66 un débit de gaz neutre captant et entraînant les gouttelettes de carburant. Comme on le voit sur la partie gauche de la figure 2, les extrémités les plus larges des conduits 66 comprennent des orifices traversants 74 alimentés par une gaine tronconique 76 dans laquelle débouche un conduit 70, les orifices 74 permettant de former un rideau de gaz sur le hublot 46, empêchant ainsi des gouttelettes de se déposer sur le hublot Les dimensions du dièdre constitué par les plaques 58 peuvent être les suivantes, dans un exemple de réalisation - largeur de la fente d'entrée 62 : 0,5 à 2 mm, - angle au sommet du dièdre formé par les plaques 58 : environ 10-, - angle au sommet des conduits tronconiques 66 : environ 36 , - diamètre des orifices 64 des plaques 58 : environ 10 mm, - distance entre les bords supérieurs horizontaux des plaques 58 et l'axe des orifices 64 : Le dispositif selon l'invention est utilisé de la façon suivante lorsqu'un injecteur 12 est en place dans l'enceinte 10 fermée de façon étanche, cette enceinte est remplie d'un gaz inerte à une pression d'environ 30 bars, la température étant par exemple la température ambiante et pouvant être régulée entre 20 et 50'C environ. Les moyens de recyclage de gaz inerte permettent d'assurer une vitesse axiale de gaz de l'ordre de 10 m par seconde à l'intérieur de l'enceinte 10 et de réguler la température du gaz à plus ou moins 1 ou 2'C envi Le fonctionnement de l'injecteur et de ses moyens d'alimentation en carburant est piloté par les moyens 50 de traitement de llinformation, qui permettent de faire varier la vitesse de la pompe 18 entre 500 et 2500 tours par minute, la quantité de carburant injectée à chaque impulsion d'injection étant variable entre 10 et 30 mm3 environ (fonctionnement au ralenti, à mi-charge et à pleine charge). Les mesures sont réalisées d'une part au moyen de la caméra vidéo CCD 48, dont la cadence de prise de vues est synchronisée avec la fréquence d'injection (la durée d'une impulsion d'injection étant de 1 à 5 ms environ, l'intervalle entre deux impulsions d'injection étant de 30 à 120 ms environ), les moyens 56 étant retirés de l'enceinte. Comme déjà indiqué, les images prises par la caméra vidéo 48 sont traitées pour fournir des informations sur l'angle au sommet du jet 14, sur la vitesse de croissance de ce jet au début de sa formation, et pour la détermination de lignes iso-concentration et iso-gradients de concentration qui permettent de visualiser les contours et la structure du jet. Les mesures de granulométrie au moyen du générateur laser 52, du récepteur 54 et du système 50 de traitement de l'information, sont réalisées non pas à travers la totalité du jet 14, mais sur une lame plane dont l'épaisseur est comprise entre 0,5 et 2 mm, correspondant à la partie du jet 14 qui passe entre les plaques 58 des moyens 56. Cela permet notamment des mesures de granulométrie sur les gouttelettes constituant le jet 14 dans des conditions correspondant au fonctionnement à pleine charge de l'injecteur. Avantageusement, la distance entre la sortie de l'injecteur et les moyens 56 ou l'axe optique des hublots 46 est réglable, ce qui permet de déplacer la zone d'observation et de mesure le long de l'axe du jet. Les mesures sur un injecteur peuvent être re lativement longues pour un point de fonctionnement donné (déterminé par un débit et une vitesse de rotation de la pompe de carburant), on effectue une série de mesures en faisant varier la distance entre l'injecteur et la zone de mesure, puis on passe à un autre point de fonctionnement et ainsi de suite, ce qui explique que des mesures de caractérisation complète d'un injecteur peuvent durer 8 h ou davantage. L'invention permet de réaliser ces mesures automatiquement, plus rapidement et plus fidèlement, ce qui constitue un avantage certain. De plus, les essais du dispositif selon l'invention ont montré des différences notables sur les caractéristiques des jets produits par un injecteur, selon que l'injection a lieu à pression atmosphérique ou en enceinte sous pression, ces différences pouvant être de l'ordre d'un facteur 2 sur la granulométrie des gouttes et d'un facteur 4 sur la vitesse de pénétration du jet, ce qui illustre bien également les avantages et l'intérêt du dispositif selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de test d'injecteurs pour moteurs à combustion interne, comprenant des moyens de montage d'un injecteur (12), des moyens (16, 18, 20) d'alimentation de l'injecteur en carburant, des moyens (50) de commande de l'injecteur et des moyens (48, 54) de détection, de mesure et de visualisation des caractéristiques des jets de carburant produits par l'injecteur, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte (10) fermée étanche comportant les moyens de montage de l'injecteur, des moyens (26, 30) d'amenée d'un gaz inerte sous pression dans l'enceinte (10) et des moyens (32) de circulation du gaz inerte sous pression dans l'enceinte parallèlement à l'axe d'injection, I enceinte (10) comprenant en outre des hublots (46) orientés vers l'axe d'injection perpendiculairement à celui-ci, les moyens (48, 54) de détection et de mesure étant montés à l'extérieur de l'enceinte (10) en regard des hublots (46). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par des moyens (38, 40, 42, 44) de recyclage du gaz inerte sortant de l'enceinte (10), comprenant des moyens (42) de séparation liquide-gaz et des moyens (32) de mise en vitesse et en pression du gaz, reliés à une entrée (36) de l'enceinte. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de recyclage comprennent également des moyens de commande et de régulation de la température du gaz, tels par exemple qu'un échangeur de chaleur (44) traversé par le gaz. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de mise en vitesse et en pression du gaz comprennent un compresseur périphérique (32). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression du gaz dans l'enceinte est de l'ordre de 30 bars, sa température étant comprise entre 20 et 50'C environ. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (56) de déviation d'une partie du jet (14) en dehors de la zone de détection définie par les hublots (46) précités, de façon telle que la partie restante du jet traverse cette zone de détection sans être perturbée. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite partie restante du jet est une lame de faible épaisseur passant par l'axe d'injection. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les moyens de déviation (56) comprennent un dièdre dont le sommet est disposé du côté de l'injecteur et comprend une fente rectiligne (62) d'entrée du jet s'étendant perpendiculairement à l'axe d'injection, le plan bissecteur du dièdre passant par l'axe d'injection et étant perpendiculaire à une ligne droite reliant deux hublots (46) opposés. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux parois (58) du dièdre comprennent des orifices (64) alignés avec les hublots (46) de 1' enceinte. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que des conduits (66) par exemple de forme tronconique, relient les hublots (46) aux orifices (64) des parois du dièdre. 11. Dispositif selon lune des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'angle au sommet du dièdre est d'environ 10 12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la largeur de la fente d'entrée est de 0,5 à 2 mm. 13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (70, 72) de circulation d'un gaz de balayage le long des hublots (46) à l'intérieur de l'enceinte, pour éviter le dépôt de gouttelettes de carburant sur ces hublots. 14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens précités de détection, de mesure et de visualisation comprennent une caméra vidéo (48) du type CCD synchronisable avec les moyens de commande de l'injecteur pour la prise d'images fixes instantanées et des moyens (50) de traitement de l'information fournissant à partir de ces images des informations quantitatives sur la géométrie du jet et son évolution. 15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens précités de détection, de mesure et de visualisation comprennent des moyens (52, 54) de mesure de granulométrie de gouttes par diffraction d'un faisceau laser émis à travers le jet.