Brevet FR2695473A1 — publié le 19940311

DISPOSITIF DE MESURE POUR DETERMINER LE TROUBLE DES GAZ L'invention se rapporte à un dispositif de mesure du trouble des gaz, en particulier du trouble du à des particu- les dans les gaz d'échappement des moteurs diesel, comprenant dans un boîtier: une chambre de mesure, une entrée de gaz, une valve de commutation, une conduite d'alimentation reliant l'entrée de gaz à la valve de commutation, une conduite de liaison reliant la valve de commutation à la chambre de mesu- rè, un raccord de sortie, une conduite de sortie reliant la valve de commutation au raccord de sortie, au moins une con- duite de balayage, deux chambres de balayage disposées respec- tivement entre la chambre de mesure et un agencement d'éclai- rage d'une part, et un agencement étant reliées chacune à la conduite d'air de balayage d'autre part, et chacune des chambres de balayage étant reliée par un canal d'évacuation au raccord de sortie. De tels dispositifs, ou les procédés de mesure qui s'y rapportent, fonctionnent selon la loi de Beer-Lambert, selon laquelle les particules se trouvant dans les gaz d'échappement sont détectées par l'affaiblissement d'un rayon lumineux La valeur numérique de l'affaiblissement est prise comme grandeur pour la charge en particules du gaz Dans le cas spécial de la mesure des gaz d'échappement, ceux-ci sont conduits le plus souvent par la pression statique d'échappement du moteur, via une sonde se trouvant dans le tuyau d'échappement et par l'intermédiaire d'un tube flexible de sonde qui y est raccordé et d'une valve de commutation, dans une chambre de mesure La valve de commutation permet d'étalonner le système, également lorsque le moteur tourne et lorsque la sonde est en place. Un dispositif connu du type cité ci-dessus se réfère à une chambre de mesure métallique, qui est chauffée pour éviter la condensation De façon supplémentaire, sont prévues dans la chambre de mesure, des bagues de diaphragme afin d'éviter des réflexions du rayon lumineux et de réduire l'influence des dépôts de particules sur les données de mesure Aux extrémités de la chambre de mesure se trouvent les éléments optiques sous forme d'une source lumineuse ou d'un agencement d'éclairage et un agencement de détection Afin de protéger ceci de l'encrassement, et de maintenir constante la longueur de mesure optique, on prévoit le long des éléments optiques un rideau d'air de balayage constitué par de l'air frais Ces dispositifs connus sont montés sur des véhicules d'appareil- lage mobile et sont par conséquent lourds et onéreux à construire. Un inconvénient particulier des dispositifs connus de l'art antérieur est en outre à considérer dans le cas o, pour des températures élevées du gaz prélevé, on pourrait arriver du fait de l'influence défavorable sur le fonction- nement, jusqu'à la défaillance totale, pour autant que l'on ne prenne pas des dispositions onéreuses pour le condition- nement préalable du gaz d'essai. L'objet de la présente invention consiste précisément à améliorer un dispositif de mesure du genre cité précédemment, de façon à éviter les inconvénients cités des dispositifs connus et à rendre possible, en particulier une fabrication simple et économique, avec un nombre de pièces réduit ainsi qu'un montage et un entretien simplifiés, ainsi qu'une maîtrise simple des températures néanmoins élevées des gaz prélevés. Ceci est réalisé selon l'invention à l'aide d'un dispo- sitif de mesure du genre cité, du fait qu'additionnellement à une position de mesure reliant la conduite d'alimentation à la conduite de liaison et à une position d'étalonnage reliant la conduite de liaison à la conduite de sortie, la valve de commutation comporte également une position de fermeture obturant complètement la conduite d'alimentation. Dans un autre mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, il est prévu que, à l'exception de la conduite d'alimentation, tous les trajets d'écoulement sont délimités directement par des coquilles de boîtier en matière plastique thermoplastique recyclable. La valve de commutation peut, dans d'autres modes de réalisation de l'invention, être réalisée sous la forme d'un tiroir rotatif muni de canaux d'écoulement à bonnes caracté- ristiques d'écoulement, ce qui maintient à niveau faible d'une part les pertes de charge par écoulement dans le dispo- sitif, et d'autre part s'oppose à un salissement trop impor- tant de l'installation par dépôt des composants ou de parti- cules du gaz. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'inven- tion, il est enfin prévu qu'un capteur de température d'un circuit de commande pour la valve de commutation est disposé dans la conduite d'alimentation, ce circuit maintenant la valve de commutation en position de fermeture en cas de dépas- sement d'une température de commutation déterminée. Un avantage important des modes de réalisation décrits réside dans le genre et la structure de la valve de commutation. Celle-ci permet de disposer en plus de la position de calibrage lorsque la sonde est insérée ou de la position de mesure, d'une autre position de valve, dans laquelle la totalité de l'écoulement de gaz d'essai est interrompue dans le dispositif de fermeture Cette forme de blocage a pour effet de protéger la totalité du dispositif par interruption de l'écoulement de gaz, en cas de dépassement de température La commande de la valve de commutation est réalisée par exemple par un moteur d'actionnement La position d'obturation est actionnée par un capteur de température relié en aval à un circuit de commande. Grâce à l'emploi de matière plastique ou synthétique qui est alors possible, le dispositif est plus léger et est en consé- quence rendu portable. De façon supplémentaire, grâce à la structure décrite de la valve de commutation, on est sûr qu'aucune particule ou autre composant liquide ou solide ne peut se déposer dans la valve de commutation Par ailleurs, les phénomènes d'écoule- ment qui, de façon spéciale au cours de la mesure des gaz d'échappement, présentent une grande importance pour la libre accélération d'un moteur, ne sont pas influencé grâce à la conformation de la valve de commutation Il existe en outre la possibilité, par suppression de la valve de commutation et par insertion d'un coude de tube rigide, de simplifier le dispositif et de le réaliser d'une façon plus économique En outre, dans ce cas, on obtient par exemple, un conditionne- ment externe de la température des gaz d'échappement qui apporte respectivement une sécurité intrinsèque à l'encontre des dépassements de température. Selon un autre mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, il est prévu que le boîtier se compose de deux coquilles principales identiques et dont le plan de séparation assemblé de façon étanche passe par l'axe de la chambre de mesure et par l'axe de rotation de la valve de commutation qui lui est parallèle, et de deux coquilles de couvercle de configurations identiques, raccordées de façon étanche, aux coquilles principales ouvertes latéralement, par des plans de séparation parallèles aux plans de séparation des coquilles principales, ces coquilles de couvercle étant chacune assemblée par pivotement autour d'un axe fictif perpendiculaire à l'axe de la chambre de mesure et à l'axe de rotation de la valve de commutation et sur chacun desquels est monté latéralement un couvercle amovible comportant respectivement, d'une part l'agencement d'éclairage et d'autre part, l'agencement de détection. Le plus grand avantage de cette disposition réside dans la structure pratiquement complètement symétrique de la tota- lité du dispositif Grâce à leur forme spéciale, le boîtier ainsi que les chambres ou les tubes de la totalité de l'instal- lation conduisant les gaz d'échappement et l'air frais sont constitués pratiquement de seulement deux éléments de demi- coquilles différents à savoir les coquilles principales d'une part et les coquilles de couvercle d'autre part - Ces coquilles sont reliées ou vissées l'une à l'autre, comme on l'a décrit. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaî- tront à la lecture de la description d'un mode de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente, en coupe longitudinale, le dispositif de mesure selon l'invention pour déterminer le trouble des gaz d'échappement des moteurs diesel par des particules; la figure 2 représente, à plus grande échelle, une coupe transversale le long de la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 représente, à nouveau à plus grande échelle, une coupe transversale le long de la ligne III-III de la figure 1; la figure 4 représente une coupe fragmentaire de détail à plus grande échelle à travers la valve de commutation, visible par exemple à la figure 2; et la figure 5 représente une vue extérieure du dispositif de mesure. Le dispositif de mesure représenté comporte un boîtier ou carter 1 qui est constitué compose avantageusement de matière synthétique thermoplastique recyclable et qui compor- te pour l'essentiel les éléments suivants: une chambre de mesure 2 de forme tubulaire, une entrée de gaz 3, une valve de commutation 4, une conduite d'alimentation 5 reliant l'entrée de gaz 3 à la valve de commutation 4, une conduite de liaison 7 reliant la valve de commutation 4 à une zone périphérique médiane 6 de la chambre de mesure 2, un raccord de sortie 8, une conduite de sortie 9 reliant de la valve de commutation 4 au raccord de sortie 8, un agencement d'éclaira- ge 11 disposé à distance de l'une des extrémités ouvertes 10 de la chambre de mesure 2, un agencement de détection 13 disposé à distance de l'autre extrémité ouverte 12 de la chambre de mesure 2, deux soufflantes 14, 14 ' aspirant de l'air extérieur par une conduite d'air de balayage, des chambres de balayage 16, 16 ' reliées chacune au côté de refoulement 15 de la soufflante 14, 14 ' entre les extrémités ouvertes 10, 12 de la chambre de mesure 2 et respectivement l'agencement d'éclairage 11 d'une part, et l'agencement de détection 13 d'autre part, chacune des chambres de balayage 16, 16 ' reliant le raccord de sortie 8 et le canal d'écoule- ment 17 formé dans le boîtier 1 et qui débouche à l'air libre par une ouverture 18 sur le raccord de sortie 8. Le boîtier 1 se compose principalement de deux coquil- les principales 19 réalisées de f açon identique, qui sont disposées assemblées selon un plan de séparation 21 étanché à l'aide d'un organe d'étanchéité inséré 20, par l'axe 22 de la chambre de mesure 2 et l'axe de rotation qui lui est paral- lèle 23 de la valve de commutation 4 qui lui est parallèle, ainsi que de deux coquilles de couvercle 26 réalisées à nou- veau identiques l'une à l'autre et se raccordant de façon étanche par des plans de séparation 24 parallèles au plan de séparation 21 à l'aide de joints d'étanchéité 25 Les coquil- les principales 19 et les coquilles de couvercle 26 sont chacune assemblées par encliquetage pivotant autour d'un axe virtuel 27 perpendiculaire à l'axe 22 de la chambre de mesure et à l'axe de rotation 23 de la valve de commutation 4 (qui correspond à la ligne de coupe II-II à la figure 1), le boîtier 1 représenté étant réalisé en utilisant seulement deux coquil- les principales 19 identiques et deux coquilles de couvercle 26 identiques Latéralement (selon les représentations des figures 1 et 5), sont rapporté des couvercles amovibles 28 qui contiennent respectivement, d'une part l'agencement d'éclairage 11 et d'autre part l'agencement de détection 13, que l'on peut faire pivoter autour de la charnière 29, ce qui permet un accès aisé pour le nettoyage de la fenêtre de l'agen- cement d'éclairage 11 et de l'agencement de détection 13 ainsi qu'à la chambre de mesure 2. La valve de commutation 4 comporte comme on peut le voir en particulier à la figure 2 en supplément de la position de mesure (représentée en traits pleins) reliant la conduite d'alimentation 5 à la conduite de liaison 7 et d'une position d'étalonnage reliant la conduite de liaison 7 à la conduite de sortie 9 (représentée en tirets), également une position de fermeture obturant complètement la conduite d'ali- mentation 5 (représentée horizontalement en traits mixtes), dans laquelle les trajets d'écoulement à lrintérieur du boî- tier 1, qui sont délimités directement par les coquilles de boîtier 19, 26 se composant de matière thermoplastique recy- clable, sont obturés. Dans la conduite d'alimentation 5 munie ici d'un insert résistant à la chaleur par exemple en aluminium est disposé un capteur de température 31 d'un circuit de commande non représenté pour la valve de commutation 4, cette valve de commutation pouvant être maintenue en position de fermeture en cas de dépassement d'une température de gaz déterminée du coté de l'admission, de telle façon que les parcours d'écou- lement à l'intérieur du boîtier soient protégés de la dégra- dation. La valve de commutation 4 est réalisée elle-même sous la formed'un tiroir rotatif muni d'une palette de valve 32 formant un canal d'écoulement 33 à bonnes caractéristiques d'écoulement (voir également la figure 4) et est actionnée par un circuit de commande non représenté via un moto- réducteur 34. On voit également à partir des figures 2 et 3 des bou- lons d'écartement 35, 36 avec lesquels sont assemblés par vissage les coquilles de boîtier 19, 26 Les points d'étan- chéité 20, 25 sont réalisées de telle façon qu'ils assurent aussi bien l'étanchéité de l'espace intérieur du boîtier à l'égard de l'extérieur que la totalité des fonctions d'étan- chéité à l'intérieur de l'appareil On obtient la structure de base du dispositif de mesure, uniquement par assemblage de la totalité de la valve de commutation 4, des soufflantes 14, 14 ', des éléments de chauffage 37 de la chambre de mesure et des diaphragmes de diffusion 38 dans les deux coquilles principales 19 réalisées de façon identiques et assemblées de la façon décrite Par assemblage par vissage des deux coquil- les de couvercle 26 sur les boulons d'écartement 35, 36 et pincement des joints d'étanchéité 20, 25, on complète le dispositif de mesure Les deux coquilles de couvercle symé- triques 26 constituent grâce à leur forme, la fermeture de la totalité du boîtier 1 La séparation entre l'entrée des gaz 3 et le raccord de sortie 8 est réalisée dans les deux coquil- les de couvercle 26 uniquement par mise en place de l'insert du côté de l'admission des gaz. Tous les canaux et les circuits d'écoulement sont réa- lisés pour des quantités de gaz importantes En prévoyant divers modes de réalisation de l'insert 30, il est possible de concevoir le dispositif de mesure aussi bien pour des véhicules de petite cylindrée avec des diamètres de sonde correspondants que pour des véhicules de grande cylindrée avec des passages de gaz de grandes dimensions. La valve de commutation 4 se compose, dans le mode de réalisation représenté, principalement d'un corps de valve cylindrique 39 dans lequel se déplace la palette de valve 32 écrite L'étanchéité est réalisée, dans la direction radiale à l'aide de barrettes d'étanchéité 40 insérées dans la palette de valve 32, et dans la direction axiale par des disques de garniture 41 disposés des deux côtés pour assurer l'étanchéité et réduire le frottement Les deux barrettes d'étanchéité 40 sont repoussées radialement vers l'extérieur de façon non représentée par des éléments élastiques Par suite du mouvement de rotation de la palette de valve 32 se produisant au cours de la commutation, on obtient, en relation avec les formes de réalisation décrite, un dépôt efficace des particules ou d'autres substances du gaz Le moto-réducteur 34 représenté à la figure 4 peut comporter avantageusement également une commande de position intégrée à potentiomètre, ce qui simplifie la structure de l'ensemble. Pendant le processus d'étalonnage (position en tirets de la palette de valve 32 de la valve de commutation 4 à la figure 2), les deux soufflantes 14, 14 ' soufflent aux deux extrémités ouvertes 10, 12 de l'air frais dans la chambre de mesure 2, de manière à évacuer de celle- ci, par balayage, l'échantillon de gaz précédent L'air de balayage et les gaz d'échappement quittent le dispositif de mesure ou la chambre intérieure du boîtier 11 par la conduite de liaison 7, la valve de commutation 4 et la conduite de sortie 9, ou également par l'ouverture 18 Grâce à la sortie de gaz d'échappement centrale, qui existe dans tous les cas au raccord de sortie 8, on peut réaliser une évacuation des gaz d'échappement à l'aide d'un dispositif d'aspiration non représenté L'amenée d'air frais aux soufflantes 14, 14 ' est réalisée par l'entrée d'air frais 42 représentée figure 3. La position de mesure de la valve de commutation 4 représentée en traits pleins à la figure 2, est mise en oeuvre pendant le processus de mesure effectif Pour cela, les gaz d'échappement pénètrent via l'entrée de gaz 3 par la valve de commutation 4 et la conduite de liaison 7 dans la chambre de mesure 2 par la zone périphérique médiane 6 de celle-ci Pendant le processus de mesure, au cours duquel le trouble des gaz d'échappement est déterminée entre l'agence- ment d'éclairage 11 et l'agencement de détection 13, la tempé- rature des gaz d'échappement est déterminée à l'entrée de l'appareil ou à l'entrée du gaz 3 à l'aide du capteur de température 31 Si la température des gaz d'échappement venait à dépasser une valeur maximale admissible déterminée, la palette de valve 32 serait déplacée dans la position de fermeture horizontale dessinée en traits mixtes à la figure 2, auquel cas la palette de valve 32 obture complètement l'entrée de gaz 3, de telle façon que tout processus d'écou- lement soit interrompu Ceci constitue une protection fiable de tout le dispositif de mesure à l'encontre d'une surcharge thermique Le dispositif de mesure est prévu, selon le maté- riau utilisé pour le boîtier, par exemple pour être soumis pendant une longue durée à une température de 2300 C. Afin de simplifier la totalité du dispositif de mesure, la valve de commutation 4 pourrait, le cas échéant, également être remplacée par un coude tubulaire rigide, non représenté ici, et qui relie l'entrée de gaz 3 directement à la conduite de liaison 7 Dans ce cas, pendant le processus d'étalonnage, il faudrait éloigner la sonde de gaz d'échappement de l'échap- pement d'un moteur à tester, afin que les soufflantes 14, 14 ' puissent librement balayer la chambre de mesure 2 sur ce parcours Afin de protéger le dispositif de mesure contre les températures trop élevées, il faudrait dans ce cas prévoir un conditionnement extérieur du gaz d'essai, ou prévoir un dispo- sitif de sécurité extérieur contre les dépassements de tempé- rature. Les éléments de chauffage 37 de la chambre de mesure se composent pour l'essentiel d'éléments métalliques rectangu- laires, dans lesquels sont insérés par coulée les barres de chauffage munies de résistances variables avec la températu- re Grâce à la mise en place des éléments de chauffage 37, on obtient une transmission de chaleur plus favorable entre ces éléments et l'intérieur de la chambre de mesure 2 La masse des éléments de chauffage 37 permet de façon supplémentaire un stockage de chaleur, qui exerce une influence positive sur les données de mesure avant tout en cas de variation brutale du débit des gaz d'échappement Les diaphragmes de diffusion 38 sont par exemple vissés directement sur les éléments de chauffage 37 et empêchent efficacement que ne se produisent des réflexions ou des diffusions de lumière dans la chambre de mesure 2 Les capteurs de température 43 représentés au bas de la figure 2 déterminent la température du gaz se trou- vant dans la chambre de mesure 2 et régulent ainsi le processus de chauffage des deux éléments de chauffage 37. Bien entendu, la présente description n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. il REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure du trouble des gaz, en parti- culier du trouble du à des particules dans les gaz d'échap- pement des moteurs diesel, comprenant dans un boîtier: une chambre de mesure, une entrée de gaz, une valve de commu- tation, une conduite d'alimentation reliant l'entrée de gaz à la valve de commutation, une conduite de liaison reliant la valve de commutation à la chambre de mesure, un raccord de sortie, une conduite de sortie reliant la valve de commu- tation au raccord de sortie, au moins une conduite d'air de balayage, deux chambres de balayage disposées respectivement entre la chambre de mesure et un agencement d'éclairage d'une part, et un agencement de détection d'autre part, et reliées chacune à la conduite d'air de balayage, et un canal d'évacuation reliant chacune des chambres de balayage au raccord d'évacuation, caractérisé en ce que, additionnellement à une position de mesure reliant la conduite d'alimentation ( 5) à la conduite de liaison ( 7) et à une position d'étalonnage reliant la conduite de liaison ( 7) à la conduite de sortie ( 9), la valve de commutation ( 4) comporte également une position de fermeture obturant complètement la conduite d'alimentation ( 5). 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'exception de la conduite d'alimen- tation ( 5), tous les trajets d'écoulement sont délimités directement par des coquilles de boîtier ( 19, 26) réalisées en matière synthétique thermoplastique recyclable. 3. Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valve de commutation ( 4) est réalisée sous la forme d'un tiroir rotatif muni de canaux d'écoulement ( 33) à bonnes caractéristiques d'écoulement. 4. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte, dans la conduite d'alimentation ( 5), un capteur de température ( 31) d'un cir- cuit de commande pour la valve de commutation ( 4), lequel circuit, en cas de dépassement d'une température de commu- tation déterminée, maintient la valve de commutation ( 4) en position de fermeture. 5. Dispositif de mesure selon l'une des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que le boîtier ( 1) se compose de deux coquilles principales identiques ( 19) dont le plan de séparation ( 21) assemblé de façon étanche passe par l'axe ( 22) de la chambre de mesure ( 2) et par l'axe de rotation ( 23) de la valve de commutation ( 4) qui lui est parallèle, et de deux coquilles de couvercle ( 26) de configurations identi- ques, raccordées de façon étanche, aux coquilles principales ouvertes latéralement, par des plans de séparation ( 24) paral- lèles au plan de séparation ( 21) des coquilles principales, ces coquilles de couvercle ( 26) étant chacune assemblée par pivotement autour d'un axe fictif ( 27) perpendiculaire à l'axe ( 22) de la chambre de mesure ( 2) et à l'axe de rotation ( 23) de la valve de commutation ( 4) et sur chacun desquels est monté un couvercle amovible ( 28) comportant respective- ment d'une part l'agencement d'éclairage ( 11) et d'autre part l'agencement de détection ( 13).