Brevet FR2795173A1 — publié le 20001222

La présente invention concerne un dispositif à piston permettant de mesurer de petites quantités de carburant injecté par un injecteur. Les systèmes d'injection sur lesquels des mesures sont effectuées sont typiquement constitués d'une ou de plusieurs pompes à injection chargée de mettre du carburant sous une pression qui peut aller actuellement de 100 à 2 500 bars, d'un ou plusieurs réservoirs de carburant sous pression, d'un ou plusieurs injecteurs par cylindre du moteur à alimenter et d'un système de pilotage, de plus en plus souvent électronique, chargé de commander la valeur des masses ou volumes de carburant injecté en fonction des conditions d'environnement du moteur, des caractéristiques du carburant et des nécessités de la conduite du moteur. Pour effectuer la mise au point globale de ces composants ainsi que des réglages et des vérifications de conformité en cours de fabrication et lors de l'installation pour l'utilisation finale, il est connu d'utiliser des systèmes de mesure. L'appareil de mesure est utilisé en conjonction avec un banc d'essai spécifique dont le rôle est essentiellement d'assurer la rotation de la pompe à injection et la fixation des différents éléments du système d'injection sous test. L'appareil de mesure comprend une section mécanique et une section électronique. La présente invention concerne plus particulièrement la section mécanique de cet appareil de mesure. Cette section mécanique reçoit un injecteur, partie du système d'injection sous test. Elle fournit une image électrique de la masse, ou du volume, de fluide injecté lors de chaque injection élémentaire. Elle comprend un système de fixation pour recevoir un ou plusieurs injecteurs, une ou plusieurs cellules de mesure et un système d'évacuation du fluide. La présente invention concerne plus particulièrement les appareils de mesure dont la technique de base repose sur la mesure du déplacement d'un piston coulissant dans une chemise, l'ensemble délimitant un volume de mesure déformable dans lequel est dirigé le fluide injecté. Toute quantité de fluide ajoutée dans ce volume provoque un déplacement du piston qui peut être facilement converti en signal électrique ` par l'utilisation d'un des nombreux types de capteurs disponibles pour cet usage sur le marché. Ces systèmes de mesure sont très précis : ils permettent typiquement d'indiquer au moins deux chiffres significatifs sur un volume de pré-injection de l'ordre de 0,5 mm3 en même temps que 0,1 mm' de précision sur l'injection principale de 150 mm3 qui se produit quelques dizaines de microsecondes plus tard. II s'agit, par principe, d'une mesure volumique. La conversion en mesure massique se fait par calcul en utilisant la valeur de la densité du fluide. Pour obtenir une mesure de qualité, il faut réaliser un coulissement quasi parfait du piston dans la chemise, sans fuite ni frottement. Ceci doit être réalisé pour des températures d'injection comprises entre 20 et 200 C. En outre, le piston doit présenter une inertie relativement faible pour répondre instantanément aux sollicitations dues à l'injection de carburant. II est également nécessaire de pouvoir appliquer de manière bien contrôlée une contre pression dans la cellule de mesure afin de rapprocher l'injecteur de ses conditions de fonctionnement sur moteur. Pour notamment éviter les fuites, il est connu de réaliser une gorge annulaire dans la chemise de la chambre de mesure au niveau du piston. Ceci permet de supprimer les fuites mais il y a un risque de coincement du piston lorsqu'il y a une chute de pression. En outre, le piston est soumis à une usure relativement importante. La présente invention a alors pour but de fournir un dispositif de mesure fiable, dans lequel les risques de coincement sont supprimés. De préférence, ce dispositif limitera l'usure du piston tout en empêchant les fuites. Son prix de revient sera avantageusement peu élevé. A cet effet le dispositif qu'elle propose est un dispositif de mesure de petites quantités de carburant, lors d'une opération d'injection, comportant une chambre de mesure délimitée par une face frontale d'un piston de mesure pouvant se déplacer dans un cylindre sous l'action du carburant injecté et présentant également une jupe sensiblement cylindrique permettant le guidage du piston dans la chambre de mesure. Selon l'invention, le piston présente une gorge annulaire réalisée dans la surface extérieure de la jupe de piston. De cette manière, les risques de coincement du piston dans la chemise sont supprimés. En effet, dans les dispositifs de l'art antérieur comportant une gorge réalisée dans la chemise du cylindre, lorsqu'une arête du piston passe au niveau de la gorge du cylindre, il y a un risque de coincement. Ceci peut arriver lors d'une course importante du piston quand il y a une forte variation de la pression dans la chambre de mesure. Le piston se déplace avantageusement dans une chemise à paroi lisse. Toutefois, le cylindre dans lequel coulisse le piston n'est pas forcément chemisé. La gorge annulaire du piston peut délimiter avec la paroi intérieure du cylindre une chambre mobile, alimentée en fluide sous pression, une conduite d'alimentation et une conduite d'évacuation étant prévues à cet effet dans le cylindre. Avantageusement, le dispositif de mesure selon l'invention prévoit que le fluide envoyé dans la gorge du piston est un fluide utilisé pour le refroidir et uniformiser la température du dispositif de mesure. Pour favoriser l'évacuation du fluide de refroidissement chaud et avoir un meilleur échange de chaleur entre le fluide et le piston, les conduites d'alimentation et d'évacuation sont décalées axialement, la conduite d'évacuation étant de préférence placée plus haut que la conduite d'alimentation. Pour obtenir un bon découplage mécanique entre les surfaces de guidage du piston dans le cylindre, la hauteur axiale de la gorge correspond avantageusement à plus de la moitié de la hauteur totale du piston. Pour que le guidage du piston soit assuré de la même manière tant à la base qu'au fond du piston, la gorge annulaire est de préférence sensiblement centrée axialement sur la hauteur du piston. L'unique figure du dessin représente de manière schématique la partie mécanique d'un dispositif de mesure selon l'invention. Afin de mesurer de petites quantités de carburant injecté par un injecteur 2, ce dernier est monté dans un dispositif de mesure. Cet injecteur 2 comporte une buse d'injection qui, en position montée, se trouve à l'intérieur d'une chambre de mesure 4 faisant partie du dispositif de mesure. Dans le mode de réalisation représenté schématiquement sur l'unique figure, la chambre de mesure 4 est réalisée dans un cylindre 6 fermé dans lequel peut coulisser un piston de mesure 8 dont la face frontale 10 limite la chambre de mesure 4 à l'intérieur du cylindre 6. Pour maintenir le piston 8 en équilibre, une force est exercée sur celui-ci par l'arrière. Un ressort 12 est représenté pour symboliser la somme des efforts exercés par l'arrière sur le piston 8. Cette force peut également être exercée par un gaz sous pression. Le déplacement du piston de mesure 8 est fourni par un capteur de déplacement 14, en prise par une pointe de contact 16 avec l'envers de la face frontale 10 du piston de mesure. Ce capteur de déplacement 14 est par exemple un capteur inductif. L'injecteur 2 est monté dans un support d'injecteur 18 qui est à la fois adapté à la forme de l'injecteur 2 et au cylindre 6. Cet injecteur 2 est alimenté en carburant, ou autre fluide, par une pompe hydraulique non représentée. A la chambre de mesure 4 est associé un capteur de température 20 à réponse rapide. Ce dernier permet de connaître quasi instantanément la température du fluide se trouvant à l'intérieur de la chambre de mesure 4. La chambre de mesure 4 comporte également un canal de vidange 22 dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par une électrovanne de vidange 24. Le fluide vidangé retourne dans un réservoir 26. Un système de refroidissement est également prévu dans le dispositif de mesure. II comporte une pompe 28 actionnée par un moteur 30 ainsi qu'un échangeur de chaleur 32 pour le refroidissement du liquide de refroidissement. Ce fluide de refroidissement est le même que celui qui est injecté au niveau de l'injecteur 2. On ne prévoit donc qu'un seul réservoir 26 pour le fluide injecté et pour le liquide de refroidissement. Ce fluide de refroidissement est envoyé au niveau du support d'injecteur 18, du capteur de déplacement 14 et du piston 8. Une chambre annulaire 34 entoure le capteur de déplacement 14 et comporte un canal d'alimentation en fluide de refroidissement et un canal pour le retour de ce fluide vers le réservoir 26. Une gorge 36 est prévue dans le support d'injecteur pour permettre la circulation autour de celui-ci du liquide de refroidissement. Le piston comporte un fond bombé 38 et une jupe 40. La paroi du cylindre le long de laquelle se déplace le piston 8 est une paroi lisse. Ce cylindre peut être ou non chemisé. La jupe 40 présente sur sa face extérieure une gorge annulaire 42. Cette gorge s'étend sur sensiblement la moitié de la hauteur du piston 8 et est centrée par rapport à la hauteur de celui-ci. On réalise ainsi deux surfaces annulaires de guidage 44. La gorge 42 permet de définir une chambre annulaire autour du piston dans laquelle peut circuler du liquide de refroidissement. Un canal d'alimentation 46 est prévu à cet effet dans le cylindre 6. Un canal 48 est également prévu pour le retour du fluide de refroidissement vers le réservoir 26. Ce canal de retour 48 est avantageusement décalé en hauteur par rapport au canal d'alimentation 46 et se trouve de préférence au-dessus de ce dernier et diamétralement opposé à celui-ci. Cette forme de réalisation du piston permet de considérablement limiter les risques de coincement du piston lorsqu'il y a des variations de pression dans le dispositif de mesure. En outre, l'usure de ce piston est réduite par rapport au piston de l'art antérieur. Un tel piston est également plus facile à réaliser. En effet, il suffit de roder et appairer uniquement les deux surfaces 44 de guidage du piston. Le fond de la gorge 42 n'a pas besoin d'usinage spécial. Ainsi, au lieu d'usiner avec précision toute la surface extérieure de la jupe du piston, seules deux petites parties de celle-ci sont à usiner. Un autre avantage de ce piston est qu'il permet un découplage mécanique entre le fond du piston 38 et l'extrémité libre de la jupe 40. Ce découplage est apporté grâce à l'élasticité de la paroi de la jupe 40 au niveau de la gorge 42. Cette paroi est d'épaisseur relativement faible et permet donc d'absorber élastiquement des déformations. Enfin, il est avantageux d'avoir un piston de masse réduite pour limiter l'inertie de ce piston lors de la mesure et obtenir ainsi une mesure de déplacement de piston plus précise. La réalisation de la gorge 42 dans la jupe 40 du piston permet de réduire cette masse du piston. Le fond 38 du piston pourrait également présenter une concavité du côté de la chambre de mesure 4. II pourrait aussi être plat. L'utilisation d'un fond plat supprime tout risque de coincement par arc- boutage du fond de piston. En outre un fond plat est également plus facile à usiner. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la forme de réalisation préférentielle décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi, par exemple, le piston utilisé n'a pas forcément un fond bombé. De même, les dimensions indiquées quant à la hauteur de la gorge peuvent être différentes. On peut également envisager de réaliser deux gorges, voir plus, dans la jupe du piston. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de petites quantités de carburant, lors d'une opération d'injection, comportant une chambre de mesure (4) délimitée par une face frontale (10) d'un piston de mesure (8) pouvant se déplacer dans un cylindre (6) sous l'action du carburant injecté et présentant également une jupe (40) sensiblement cylindrique permettant le guidage du piston dans la chambre de mesure, caractérisé en ce que le piston (8) présente une gorge annulaire (42) réalisée dans la surface extérieure de la jupe (40) de piston. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (8) se déplace dans une chemise à paroi lisse. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la gorge annulaire (42) du piston délimite avec la paroi intérieure du cylindre une chambre mobile, alimentée en fluide sous pression, une conduite d'alimentation (46) et une conduite d'évacuation (48) étant prévues à cet effet dans le cylindre. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les conduites d'alimentation (46) et d'évacuation (48) sont décalées axialement. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le fluide envoyé dans la gorge (42) du piston est un fluide utilisé pour le refroidir et uniformiser la température du dispositif de mesure. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la hauteur axiale de la gorge (42) correspond à plus de la moitié de la hauteur totale du piston. (8) 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la gorge annulaire (42) est sensiblement centrée axialement sur la hauteur du piston (8).