Brevet FR2918417A1 — publié le 20090109

DISPOSITIF DE MESURE DE CARACTÉRISTIQUES DE FONCTIONNEMENT D'UN INJECTEUR La présente invention concerne, de façon générale, le domaine de la mesure de caractéristiques de fonctionnement d'injecteurs et en particulier d'injecteurs de carburant pour moteur thermique. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de mesure de caractéristiques de fonctionnement d'un injecteur, comportant un injecteur, un support d'injecteur sur lequel est fixé l'injecteur, un bâti fixe et un moyen de mesure d'effort. La fonction d'un injecteur est en général d'injecter le carburant dans une chambre de combustion. Pour ce faire, l'injecteur transforme la pression amont (stockée dans le rail d'injection alimentant l'injecteur) en une vitesse de jet(s) de carburant qui contribue à homogénéiser le mélange combustible et comburant de manière à augmenter le rendement de combustion. Il est donc important pour les motoristes et fabricants d'injecteurs d'évaluer la capacité d'un injecteur à transformer la pression d'alimentation en amont de l'injecteur en vitesse de jet de carburant. A cette fin, le document brevet US 2005/0241367 décrit un dispositif, permettant de mesurer différentes forces d'impacts de jets de carburant en différents endroits d'un cône/jet d'injection de carburant. Cette mesure se fait en positionnant un capteur d'effort face au jet de carburant et en le déplaçant pour obtenir des mesures en différents endroits du cône d'injection de carburant. Un inconvénient de ce dispositif de l'art antérieur est que le moyen de mesure a tendance à s'user du fait des conditions de mesure particulièrement difficiles. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de pallier les inconvénients de l'art antérieur et notamment de proposer un dispositif de mesure de caractéristiques de fonctionnement d'un injecteur permettant de réduire le risque que le moyen de mesure ne soit détérioré prématurément. A cette fin, le dispositif de mesure de caractéristiques d'un injecteur selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule défini précédemment, est essentiellement caractérisé en ce que le support d'injecteur est mobile par rapport au bâti fixe et en ce que l'injecteur est disposé de manière à générer une contrainte mécanique de déplacement du support d'injecteur vis-à-vis du bâti lorsqu'un fluide sous pression est injecté par l'injecteur, le moyen de mesure d'effort étant disposé de manière à évaluer ladite contrainte mécanique. Grâce à sa disposition pour mesurer une contrainte mécanique de déplacement du support d'injection vis-à-vis du bâti, le moyen de mesure d'effort permet d'évaluer indirectement La force d'impact du jet de fluide injecté sans pour autant devoir placer le moyen de mesure face à ce jet. Ainsi l'invention permet de caractériser un injecteur et de mesurer des contraintes générées par l'utilisation de cet injecteur tout en préservant les moyens de mesure qui peuvent être placés à l'écart du jet de fluide. L'invention permet la mesure de la contrainte/effort généré par effet de recul de l'injecteur ce qui présente les avantages suivants : • la mesure de caractérisation de l'injecteur n'est pas intrusive car le jet de fluide n'est pas perturbé par la présence d'un capteur ; • le capteur n'étant pas immergé dans le jet; des moyens de mesure ou capteurs plus sensibles et souvent plus fragiles peuvent être utilisés, ce qui permet d'améliorer la précision de la mesure ; • il :n'est pas impérativement nécessaire pour caractériser l'injecteur de prendre en compte le décalage temporel entre le moment de l'injection et le moment de la mesure d'effort comme c'est le cas pour des dispositifs de l'art antérieur où les moyens de mesure mesurent une contrainte d'un impact postérieur au moment de l'injection. Il est à noter que la contrainte mécanique mesurée peut avantageusement être corrélée avec une mesure de la pression d'alimentation de l'injecteur pour étudier la réponse de l'injecteur en fonction de variation de pressions. On peut également faire en sorte que le support d'injecteur soit un levier monté à rotation selon un axe de rotation vis-à-vis dudit bâti et que l'injecteur soit disposé à distance dudit axe de rotation de manière que la contrainte mécanique générée par l'injecteur soit un couple d'entrainement à rotation du support d'injecteur vis-à-vis du bâti selon ledit axe de rotation. Ce mode de réalisation permet grâce au bras de levier une amplification mécanique de l'effort de recul généré par l'injecteur. L'amplification peut ainsi permettre d'améliorer la qualité de mesure. On peut également faire en sorte que le bâti comporte une première butée disposée pour limiter le déplacement du support d'injecteur vis-à-vis dudit bâti généré par ladite contrainte mécanique de déplacement et que le moyen de mesure soit un capteur d'effort adapté à mesurer un effort de compression de la première butée par ledit support d'injecteur. Ce mode de réalisation permet de limiter l'amplitude du déplacement du support d'injecteur vis-à-vis du bâti. On peut également faire en sorte que le moyen de mesure d'effort soit un capteur de déformation. On peut également faire en sorte que le support d'injecteur comporte des moyens d'ajustement de l'injecteur adaptés pour faire varier la distance entre ledit injecteur et ledit axe de rotation. Ce mode de réalisation permet un ajustement du bras 15 de levier. On peut également faire en sorte que la première butée soit disposée à distance dudit axe de rotation et que le dispositif comporte des moyens d'ajustement de la première butée adaptés pour ajuster la distance ente la 20 première butée et ledit axe de rotation. Ce mode de réalisation permet un réglage de l'amplitude de mouvement relatif entre le support d'injecteur et le bâti. On peut également faire en sorte que les moyens de mesure d'effort soient assemblés sur ladite première 25 butée. Ce mode de réalisation permet de fournir un emplacement pour le positionnement du moyen de mesure aussi appelé capteur. Dans le cas où la première butée est ajustable en position et où le moyen de mesure est fixé sur cette butée, l'ajustement de la butée permet 30 également de régler l'amplification de la mesure puisque la position de la butée détermine le bras de levier entre le moyen de mesure et l'axe de rotation. On peut également faire en sorte que le dispositif de l'invention comporte une seconde butée disposée de façon à limiter le déplacement du support d'injecteur vis-à-vis du bâti entre une position de butée du support d'injecteur contre la première butée et une position de butée du support d'injecteur contre la seconde butée. L'utilisation de deux butées pour limiter le déplacement du support d'injecteur vis-à-vis du bâti réduit le risque de perturbation des mesures du fait de grandes amplitudes de mouvement. On peut également faire en sorte que le dispositif comporte une conduite d'alimentation de l'injecteur, cette conduite comportant une première portion de conduite portée par le bâti et une seconde portion de conduite portée par le support d'injecteur, les première et seconde portions de conduite étant reliées de manière à être mobiles l'une par rapport à l'autre par des moyens d'assemblage de portions de conduites coaxiaux dudit axe de rotation. Le fait d'avoir un moyen d'assemblage entre les portions de conduite qui est coaxial de l'axe de rotation permet de réduire le couple de freinage généré par ce moyen d'assemblage et s'opposant au déplacement du support vis-à--vis du bâti. Cette limitation du couple de freinage parasite permet d'améliorer la précision de la mesure de caractéristique de l'injecteur. On peut également faire en sorte que la première portion de conduite soit en partie disposée à l'intérieur dudit axe de rotation. Ce mode de réalisation est avantageux pour la réduction dudit couple parasite puisque le moyen d'assemblage des portions de conduite peut être placé exactement coaxial de l'axe de rotation dans lequel il est formé. Le dispositif comporte préférentiellement une enceinte pressurisée et dotée de moyens de chauffage de l'enceinte et l'injecteur est préférentiellement disposé dans l'enceinte. Selon ce même mode de réalisation on peut faire en sorte que le moyen de mesure d'effort soit disposé à l'extérieur de l'enceinte de manière à éviter que le moyen de mesure d'effort ne se trouve dans l'environnement chaud et chimiquement agressif de l'enceinte qui contient l'injecteur et du fluide injecté. Ce mode de réalisation permet d'améliorer le fonctionnement et la durée de vie des moyens de mesure d'effort tout en s'assurant que l'injecteur fonctionne dans des conditions proches de l'environnement auquel il est destiné, en l'occurrence chambre de combustion de moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente une vue de dessus du dispositif de mesure de caractéristiques de fonctionnement d'un injecteur selon l'invention ; - la figure 2 représente une vue en perspective de ce même dispositif de l'invention. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un 30 dispositif comportant un injecteur dont des caractéristiques doivent être mesurées. Les figures 1 et 2 présentent un mode préférentiel de réalisation du dispositif de l'invention. Le dispositif 1 comporte un bâti 4 en forme de plaque dans laquelle sont formées des rainures permettant le positionnement relatif de différentes pièces montées sur ce bâti. Le bâti 4 porte un disque supportant un arbre creux 6 formant un axe de rotation 6, cet axe 6 étant orienté verticalement (c'est-à-dire perpendiculairement à la base du bâti) de manière à ce que la pièce en rotation se déplace dans un plan sensiblement horizontal. Un support d'injecteur 3 en forme de levier est monté à rotation autour de cet arbre creux et selon l'axe 6. Le montage à rotation est préférentiellement réalisé à l'aide d'un roulement destiné à réduire les frottements parasites pouvant s'opposer à la rotation du support 3 vis-à-vis du bâti 4. Un injecteur 2 est monté sur le support d'injecteur 3 de manière à ce que l'axe principal de l'injecteur qui est l'axe du jet d'injection s'étende dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation 6. Cette disposition permet de maximiser le couple de rotation du support 3 généré par l'injecteur lorsque ce dernier injecte du fluide. Une première butée 7 est assemblée fixement sur le bâti par une patte d'assemblage serrée à l'intérieur d'une rainure de bâti. La première butée 7 porte un capteur ou moyen de mesure d'effort 5 disposé de manière à mesurer un effort exercé par le support d'injecteur 3 sur la butée lorsque l'injecteur injecte du fluide et génère une force F de recul de l'injecteur sur le support 3. La rainure est un moyen d'ajustement 14 qui permet le coulissement de la première butée 7 afin de l'éloigner ou la rapprocher de l'axe de rotation 6 et ainsi fixer la distance D2 d'éloignement entre l'axe 6 et un axe principal de mesure qui est sensiblement parallèle à l'axe principal d'injecteur. Il est à noter que la première butée 7 est disposée de manière à être en appui contre une portion du support opposée à la portion portant l'injecteur par rapport à l'axe de rotation 6. Préférentiellement une seconde butée 9 est disposée de manière à ce que le support d'injecteur 3 soit situé entre les deux butées 7 et 9. Le support d'injecteur porte un moyen d'ajustement 8 de la position d'injecteur destiné à permettre un réglage de la distance Dl d'éloignement entre l'injecteur et l'axe de rctation 6. Préférentiellement ce moyen d'ajustement 8 est une bride à positionnement rapide permettant de monter/démonter rapidement l'injecteur afin de l'échanger et réaliser des mesures de caractéristiques de nombreux types d'injecteurs sans nécessiter de lourdes manipulations. Le dispositif comporte en outre une conduite d'alimentation de l'injecteur 10 reliée d'une part à l'injecteur et d'autre part à une alimentation en fluide haute pression. Cette alimentation en fluide haute pression comporte une pompe qui est généralement fixée au bâti. Alternativement cette pompe peut être portée par le support d'injecteur, mais cette solution présente l'inconvénient: de générer une inertie sur le support d'injecteur perturbatrice des mesures. Dans le cas des figures 1 et 2 la conduite est formée d'une première portion 11 portée par le bâti 4 et reliée à une pompe non visible sur les figures et d'une seconde portion 12 portée par le support d'injecteur 3 et reliée à l'injecteur 2. La première portion 11 traverse l'arbre 6 et est coaxiale de ce dernier. La première portion 11 débouche à l'extrémité de l'arbre 6 où est monté le support d'injecteur 3. Un raccord tournant 13 forme des moyens d'assemblage 13 pour relier entre elles les première et seconde portions 11 et 12 de conduite 10. Il est à noter que le moyen de mesure d'effort 5 est préférentiellement un capteur de déformation dynamique en couches minces adapté pour fonctionner à haute températures pouvant aller jusqu'à 1200 C. Un tel capteur est préférentiellement de faible dimension avec une surface sensible limitée à au plus 2 mm2 et préférentiellement à au plus 1mm2 de manière que le point de mesure d'effort soit le plus localisé possible. Le capteur est préférentiellement relié à une unité de mesure électronique fixe par rapport au bâti via des câbles électriques où via un système d'émetteur récepteur sans fils. Un tel capteur est préférentiellement un capteur réalisé par pulvérisation cathodique (méthode PVD pour Dépôt Physique par Vapeur). Ce capteur est peu intrusif et directement déposé sur la butée 7, l'élément réceptif de ce capteur est préférentiellement en palladium-chrome (Pd-Cr). Préférentiellement un tel capteur comporte six couches déposées successivement qui sont : une couche de revêtement d'accrochage en NiCoCrAIY ; 10 2918417 - une couche isolante électrique en alumine (Al2O3) ; - une couche de jauge de déformation en Pd-Cr ; - une couche piste conductrice en Pd-Cr ou en Pd-5 Cr+ Platine ; - une protection contre l'oxydation en alumine-zircone (Al2O3-ZrO2) ; - une couche dotée de plages de connexion en platine pour le soudage de fils de mesure. 10 Le principe de fonctionnement du mode principal de l'invention est de mesurer la capacité d'un injecteur à injecter un fluide en montant cet injecteur 2 sur un support d'injecteur 3 mobile par rapport au bâti 4 et en mesurant la contrainte exercée par le support 3 sur le 15 bâti 4 lorsque l'injecteur 2 est alimenté en fluide sous pression (en l'occurrence en carburant sous pression) et qu'il injecte ce fluide sous forme d'un jet créant une force de recul. A l'aide de moyens électroniques on mesure la force d'appui du support sur une butée du bâti 20 et on calcule l'effort de recul en prenant en compte les dimensions Dl et D2 décrites précédemment. Chaque effort mesuré peut être corrélé avec une valeur de pression de fluide au moment de la mesure de l'effort pour établir des lois de réponse de l'injecteur aux pressions de 25 fluide qu'il reçoit. 11 Revendications 1. Dispositif (1) de mesure de caractéristiques (F) de fonctionnement d'un injecteur, comportant un support d'injecteur (3) sur lequel est fixé l'injecteur (2), un bâti fixe (4) et un moyen de mesure d'effort (5), caractérisé en ce que le support d'injecteur (3) est mobile par rapport au bâti fixe (4) et en ce que l'injecteur (2) est disposé de manière à générer une contrainte mécanique (F) de déplacement du support d'injecteur (3) vis-à-vis du bâti (4) lorsqu'un fluide sous pression est injecté par l'injecteur (2), le moyen de mesure d'effort (5) étant disposé de manière à évaluer ladite contrante mécanique (F). 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support d'injecteur (3) est un levier monté à rotation selon un axe de rotation (6) vis-à-vis dudit bâti (4) et en ce que l'injecteur (2) est disposé à distance (Dl) dudit axe de rotation (6) de manière à ce que la contrainte mécanique générée par l'injecteur (2) soit un couple d'entrainement à rotation du support d'injecteur (3) vis-à-vis du bâti (4) selon ledit axe (6). 3. Dispositif de mesure selon l'une au moins des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bâti (4) comporte une première butée (7) disposée pour limiter le déplacement c.0 support d'injecteur (3) vis-à- vis dudit bâti (4) généré par ladite contrainte mécanique (F) de déplacement et en ce que le moyen de mesure (5) est un capteur d'effort adapté à mesurer un effort de compression de la première butée (7) par ledit support d'injecteur (3). 12 2918417 4. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de mesure d'effort (5) est un capteur de déformation. 5 5. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes combinée à la revendication 2, caractérisé en ce que le support d'injecteur (3) comporte des moyens d'ajustement de l'injecteur (8) adaptés pour faire varier la distance entre ledit injecteur (2) et 10 ledit axe de rotation (6). 6. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes combinée aux revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la première butée (7) est disposée à distance (D2) dudit axe de rotation (6) et en 15 ce que le dispositif (1) comporte des moyens d'ajustement (14) de la première butée (7) adaptés pour ajuster la distance (D2) ente la première butée (7) et ledit axe de rotation (6). 7. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des 20 revendications précédentes combinée à la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de mesure d'effort (5) sont assemblés sur ladite première butée (7). 8. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes combinée à la revendication 3, 25 caractérisé en ce qu'il comporte une seconde butée (9) disposée de façon à limiter le déplacement du support d'injecteur (3) vis-à-vis du bâti (4) entre une position de butée du support d'injecteur (3) contre la première butée (7) et une position de butée du support d'injecteur 30 (3) contre la seconde butée (9). 9. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes combinée à la revendication 2,caractérisé en ce qu'il comporte une conduite d'alimentation (10) de l'injecteur (2) comportant une première portion de conduite (11) portée par le bâti (4) et une seconde portion de conduite (12) portée par le support d'injecteur (3), les première et seconde portions de conduite (11, 12) étant reliées entre elles de manière à être mobiles l'une par rapport à l'autre par des moyens d'assemblage (13) de portions de conduites coaxiaux dudit axe de rotation (6). 10. Dispositif de mesure selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première portion de conduite (11) est en partie disposée à l'intérieur dudit axe de rotation (6).