Brevet FR3082940A1 — publié le 20191227

Description Titre de l'invention : Dispositif pour déterminer le niveau de remplissage et/ou la qualité du liquide d'un réservoir Domaine technique [0001] La présente invention se rapporte à un dispositif pour déterminer le niveau de rem- plissage et/ou la qualité du liquide d'un réservoir notamment d'une solution aqueuse d'urée pour le post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Technique antérieure [0002] Dans les gaz d'échappement, la solution aqueuse d'urée développe de l'ammoniac qui réagit avec les oxydes d'azote des gaz d'échappement dans un catalyseur en aval, pour former de l'azote non nocif et de l'eau (réduction catalytique sélective). Ainsi cela permet de réduire les émissions d'oxydes d'azote d'un moteur à combustion interne. La condition est que la qualité de la solution aqueuse d'urée notamment la teneur en urée de cette solution soit appropriée. De plus il faut toujours disposer d'une quantité suffisante de solution aqueuse d'urée. La qualité de la solution aqueuse d'urée et/ou le niveau de remplissage du réservoir contenant cette solution aqueuse d'urée sont en général surveillés à l'aide d'un capteur approprié. [0003] Le document WO 2009/074428 Al, décrit par exemple un dispositif pour mesurer le niveau de remplissage du liquide d'un réservoir qui comporte un convertisseur à ultrasons générant un signal d'ultrasons et recevant le signal d'ultrasons réfléchi par la surface du liquide. A partir du temps de parcours des ondes d'ultrasons du signal d'ultrasons, on détermine le niveau de remplissage du réservoir. Des moyens de renvoi sont également prévus pour dévier le signal d'ultrasons en direction de la surface du liquide. [0004] Le document DE 10 2013 219 643 Al décrit un capteur d'ultrasons pour mesurer le temps de parcours dans un liquide, notamment dans une solution aqueuse d'urée ; ce dispositif augmente la précision de la mesure grâce à un émetteur-récepteur et d'un premier et d'un second réflecteur. Les deux réflecteurs sont disposés à des distances différentes de l'émetteur-récepteur ce qui donne des temps de parcours différents dont la différence sert de référence. Les deux réflecteurs sont. de plus réalisés chacun sous la forme d'un cylindre et de préférence ils sont disposés debout pour que l'orientation angulaire des réflecteurs n'influence pas la mesure car la plage de réflexion géométrique est. identique pour un même angle de rayonnement incident. Grâce à la forme et à l'orientation des réflecteurs, on réduit de plus le risque que des particules de saleté et/ou des bulles d'air se déposent et réduisent la précision de la mesure. 2 [0005] BUT DE L'INVENTION [0006] Partant de cet état de la technique la présente invention a pour but de développer un dispositif pour déterminer le niveau de remplissage et/ou la qualité d'un liquide dans un réservoir, notamment d'une solution aqueuse d'urée pour le post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, et qui soit relativement simple dans sa réalisation et permette une plus grande précision de mesure. [0007] EXPOSE ET AVANTAGES DE L'INVENTION [0008] A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour déterminer le niveau de rem- plissage et/ou la qualité du liquide d'un réservoir notamment d'une solution aqueuse d'urée pour le post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comprenant un capteur à ultrasons muni d'un convertisseur à ultrasons pour générer et recevoir des ondes d'ultrasons ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte une installation de lentilles ayant une première surface pour focaliser les ondes d'ultrasons vers une première et une seconde cible d'une première zone de surface supérieure et d'une seconde zone de surface supérieure, dont les courbures sont différentes. [0009] En d'autres termes l'invention a pour objet un dispositif pour déterminer le niveau de remplissage et/ou la qualité du liquide d'un réservoir notamment une solution aqueuse d'eau pour le post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Ce dispositif comporte un capteur à ultrasons équipé d'un convertisseur à ultrasons pour générer et recevoir des ultrasons. Selon l'invention le dispositif comporte en outre une installation de lentilles ayant une surface supérieure comportant une première et une seconde zone de surface pour focaliser les ondes d'ultrasons vers une première et une seconde cible, ces zones de surface ayant des courbures différentes. [0010] La focalisation des ondes d'ultrasons sur deux cibles différentes développe deux chemins d'extensions ou de développement ou chemins de mesure, différents. Ils peuvent servir à des fins différentes ou des applications différentes. [0011] Par exemple pour augmenter la précision de la mesure, on ne peut exploiter les deux chemins de mesure quant au niveau de remplissage et la qualité du liquide. On dispose ainsi de deux valeurs de mesure pour contrôler la plausibilité des résultats des mesures. Les ondes d'ultrasons sont dirigées, par exemple, vers deux réflecteurs différents qui les réfléchissent. Après exploitation des deux chemins de mesure on peut déterminer leur différence et l'utiliser pour le contrôle. Les deux réflecteurs peuvent en outre être disposés pour que la distance entre les deux réflecteurs, par comparaison avec la distance d'un réflecteur par rapport au capteur à ultrasons, soit moins sensible aux variations de température et autres facteurs d'influence. [0012] En variante les deux chemins de mesure peuvent servir à déterminer le niveau de 3 remplissage et la qualité du liquide de sorte qu'un seul capteur à ultrasons est suffisant pour les deux mesures. A titre d'exemple une partie des ondes d'ultrasons peut être dirigée vers un réflecteur pour mesurer la qualité du liquide et une autre partie des ultrasons peut être dirigée vers une installation de déviation pour dévier les ultrasons en direction du niveau de liquide pour focaliser. [0013] En principe partant de la focalisation ou du regroupement des ondes d'ultrasons, on évite le déploiement de chemins étrangers. Il en résulte que le rapport de bruit du signal est amélioré et qu'il en est de même de la précision de la mesure. Comme les deux zones de surface courbe de l'installation de lentilles telle que proposée, assurent chacune une focalisation, on aura une meilleure précision de la mesure sur les deux chemins d'extensions ou chemins de mesure. [0014] L'installation de lentilles selon l'invention forme une sorte de double lentille col- lectrice. La nature de la courbure, qu'elle soit concave ou convexe et le dimensionnement des deux zones de surface à courbure fortement différentes dépendent ainsi de différents facteurs, entre autres de la longueur des chemins de mesure, de la répartition recherchée de l'énergie sur les deux chemins de mesure et du rapport de la vitesse du son dans la matière de la lentille et dans le liquide. [0015] Selon une forme de réalisation préférentielle de l'invention, la première zone de surface est plus fortement courbée (cintrée) que la seconde zone de surface et elle est située à l'intérieur de la seconde zone de surface. Cela signifie que la première zone de surface est intégrée dans la seconde zone de surface. Du fait de la plus forte courbure, la première zone de surface assure une plus forte focalisation. La première cible sur laquelle arrivent les ondes d'ultrasons focalisées par la première zone de surface se situe ainsi de préférence plus près du capteur à ultrasons que la seconde cible. [0016] Il est en outre proposé que les axes optiques des deux zones de surface à courbure fortement différentes soient parallèles. Cela signifie que la direction principale d'extension des ondes d'ultrasons sur les deux chemins d'extension ou les chemins de mesure sont pratiquement identiques. De façon préférentielle, les deux axes optiques coïncident de sorte que le foyer des deux zones de surface, supérieures, cintrées, se situent sur un même axe. Cela se traduit par un corps symétrique en rotation particulièrement simple à réaliser. [0017] Pour déployer les ondes d'ultrasons dans deux directions principales d'extensions, différentes, on peut également former les deux zones de surface pour que leurs axes optiques se coupent. Cela signifie que les axes optiques des deux zones de surface de courbure fortement différentes forment entre eux un angle. Cet angle est de préférence au maximum égal à 45° car un angle plus grand compliquerait la construction. [0018] De façon avantageuse, l'installation de lentilles est reliée au capteur à ultrasons par une liaison par la force, une liaison par la forme et/ou une liaison par la matière. Selon la matière de l'installation de lentilles, qui est par exemple de la matière plastique, du métal ou de la céramique, l'installation de lentilles sera reliée au capteur à ultrasons par une liaison par enfichage, par serrage, par pincement, par vissage, par accrochage, par collage et/ou par soudage. La liaison bloque le mouvement relatif entre l'installation de lentilles et le capteur à ultrasons ce qui évite des résultats de mesure variables et permet une très grande précision de mesure à long terme. [0019] Suivant une variante, l'installation de lentilles est reliée au réservoir ou est réalisé par le réservoir. A titre d'exemple une paroi du réservoir peut être réalisée par zones sous la forme d'une lentille ou d'une double lentille collectrice. Dans ce cas, l'installation de lentilles est de préférence réalisée dans la même matière que la paroi du réservoir ce qui permet de fabriquer le réservoir et l'installation de lentilles en commun, par exemple par un procédé d'injection. [0020] Le transducteur ou convertisseur à ultrasons du capteur à ultrasons peut être un convertisseur piezocéramique. En principe on peut également utiliser n'importe quelle autre installation connue pour générer des ondes d'ultrasons dans la mesure où la plage d'application pratique le permet. Brève description des dessins [0021] La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de formes de réalisations préférentielles représentées dans les dessins annexés dans lesquels : [0022] [fig.11 est une coupe longitudinale schématique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, et [0023] [fig.21 est une vue en coupe schématique longitudinale d'un second mode de réa- lisation préférentiel d'un dispositif selon l'invention. [0024] DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION [0025] La figure 1 montre un dispositif pour déterminer le niveau de remplissage et/ou la qualité du liquide d'un réservoir (le réservoir n'est pas représenté ; ce dispositif comprend un capteur à ultrasons 1 muni d'un convertisseur à ultrasons 2 et d'une installation de lentilles 3. L'installation de lentilles 3 est reliée solidairement à la paroi 2 du convertisseur à ultrasons de sorte que les ondes d'ultrasons générées par le convertisseur à ultrasons 2 puissent être émises par l'installation de lentilles 3 vers le liquide du réservoir. Le capteur à ultrasons 1 est installé à cet effet dans le réservoir de préférence au niveau du fond du réservoir car ainsi le capteur à ultrasons 1 pouffa surveiller même un faible niveau de remplissage du liquide et permettre ainsi d'effectuer les mesures. [0026] L'installation de lentilles 3 reliée au convertisseur à ultrasons 2 comporte sur son côté opposé à celui du convertisseur à ultrasons 2 et une surface ayant des zones de surface 4, 5 de courbures fortement différentes. Une première zone de surface 4 cintrée plus fortement que la seconde zone de surface 5 se trouve dans la seconde zone de surface 5. Les deux zones de surface 4, 5 ont une courbure concave et chacune un axe optique AI, A2 qui correspondent à un axe commun. Les ondes d'ultrasons sortant des deux zones de surface 4, 5 ont ainsi, en principe, la même direction principale d'extension. Seuls les foyers sont à une distance différente du capteur à ultrasons 1 dans la mesure où les ondes d'ultrasons sont focalisées sur deux cibles différentes. Cela signifie que l'on développe deux trajets de mesure de longueurs différentes qui peuvent s'utiliser soit pour augmenter la précision de la mesure de la détermination du niveau de remplissage et du niveau de qualité soit pour simplement déterminer le niveau de remplissage et la qualité. Dans chaque cas, on augmente la précision de la mesure de sorte que la focalisation ou le regroupement du faisceau d'ondes d'ultrasons et cela sur les deux chemins d'extensions au point de mesure, bloque le déploiement de chemins optiques étrangers et améliore ainsi l'écart signal/bruit du signal de mesure par ultrasons. [0027] Une variante de réalisation est représentée à la figure 2. Dans ce cas également la première zone de surface 4 se trouve à l'intérieur de la seconde zone de surface 5 mais de façon telle que les axes optiques AI, A2 des deux zones de surface supérieures 4, 5 à courbures fortement différentes se coupent. Il en résulte que les ondes d'ultrasons se déploient dans des directions principales d'extensions, différentes, dans le liquide. Ainsi une partie des ondes d'ultrasons générées par le convertisseur à ultrasons 2 sera dirigée dans une autre direction cible de sorte qu'il faut un dispositif de déviation. La déviation est définie par l'angle (a) compris entre les deux axes optiques Al, A2. [0028] NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX [0029] 1 Capteur à ultrasons [0030] 2 Convertisseur à ultrasons [0031] 3 Installation de lentilles [0032] 4 Première zone de surface [0033] 5 Deuxième zone de surface [0034] Al Axe optique [0035] A2 Axe optique 6