Brevet FR2908886A1 — publié le 20080523

La présente invention concerne un banc d'essai d'analyse de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne. Dans le domaine de l'analyse de gaz d'échappement, il est connu d'utiliser un banc du type illustré à la figure 1. Un tel banc d'essai 1 comprend classiquement les éléments du préambule de la revendication 1, à savoir, un moteur 2 en cours de test, un ensemble filtre 5, une première tuyauterie d'échappement 4 reliant l'échappement dudit moteur 2 à une entrée de l'ensemble filtre 5, une seconde tuyauterie d'échappement 6 reliant une sortie de l'ensemble filtre 5 à l'air libre et au moins une ligne d'analyse 7 du gaz d'échappement. L'ensemble filtre 5 peut comprendre un filtre à particule (FAP) encore désigné en anglais "diesel particules filter" (DPF) et/ou un filtre à oxydation catalytique (FOC) encore désigné en anglais "diesel oxydation catalyst" (DOC). La première tuyauterie d'échappement 4 peut comporter une turbine 3. Dans ce cas le prélèvement de gaz est effectué de préférence en aval de ladite turbine 3. Le moteur 2, du type à combustion interne, produit en fonctionnement des gaz d'échappement que l'on souhaite analyser. Pour cela une ou plusieurs ligne d'analyse 7 sont disposées de manière à prélever ledit'gaz. Une ligne d'analyse 7 comprend typiquement une canule de prélèvement 8 de gaz d'échappement, une ligne chaude 9 et une baie d'analyse 10. La canule de prélèvement 8 est reliée par un piquage à la zone où l'on souhaite effectuer le prélèvement, par exemple au niveau de la première tuyauterie 4 en amont de l'ensemble filtre 5, dans la réalisation illustrée à la figure 1. L'autre extrémité de la canule de prélèvement 8 est connectée à une ligne chaude 9 qui assure le transport du gaz jusqu'à la baie d'analyse 2908886 2 10 où le gaz peut être analysé. Une ligne chaude 9 est un tube avantageusement souple, enrobé d'une gaine dans laquelle sont noyées des résistances électriques afin de réguler à haute température les 5 parois internes du tube. Cette température élevée, de l'ordre de 180 C, évite lors du prélèvement un refroidissement du gaz incompatible avec la mesure et limite la formation de condensats. La baie d'analyse 10 peut être un fumimètre ou encore un analyseur de 10 gaz. L'utilisation d'un tel banc d'essai comprend typiquement deux étapes. Dans une première étape d'analyse, du gaz d'échappement est prélevé par la canule de prélèvement 8 et transmis via la ligne 15 chaude 9 à la baie d'analyse 10. Selon le type de baie 10, l'analyse comprend une analyse de la composition chimique et/ou du taux de particules avec un analyseur de gaz ou une mesure de l'inc:ice de fumée avec un fumimètre. 20 Dans une deuxième étape de purge, un gaz de purge est injecté depuis la baie d'analyse 10, afin de refouler dans la tuyauterie d'échappement 4 les résidus et condensats accumulés dans la ligne d'analyse 7 pendant l'étape d'analyse. 25 Le fait d'effectuer la purge par la même ligne que celle utilisée pour le prélèvement lors de l'étape d'analyse entraîne les inconvénients suivants: - la détente du gaz de purge, injecté sous 30 pression, lorsqu'il atteint la tuyauterie d'échappement 4 provoque un refroidissement notable des éléments actifs : ensemble filtre 5 et turbine 3. Ce refroidissement nécessite un temps d'attente supplémentaire nécessaire à une remontée en 35 température stabilisée desdits éléments actifs avant une nouvelle étape d'analyse; 2908886 3 - la purge ainsi réalisée évacue des résidus et des condensats formés dans la ligne d'analyse 7 en les refoulant dans la zone de prélèvement/mesure. Ceci provoque une pollution de la zone de mesure sans 5 maîtrise de sa composition; - la purge ainsi réalisée évacue lesdits résidus et lesdits condensats en amont de l'ensemble filtre 5. Ceci induit une pollution de l'ensemble filtre 5 et particulièrement du filtre à particule. 10 Afin de remédier à ces différents inconvénients, l'invention modifie le banc d'essai pour rediriger le flux de purge ailleurs que dans la zone de mesure. Le banc d'essai selon l'invention comprend en outre un moyen de distribution 11, 16, 17 à deux 15 positions et une canule de purge 12. Ladite canule de purge 12 est reliée à l'air libre par une de ses extrémités. Le moyen de distribution 11, 16, 17 est disposé entre la canule de prélèvement 8, la canule de purge 12 au niveau de son autre extrémité et la 20 ligne chaude 9 de telle manière à connecter : - dans une première position 13 1a ligne chaude 9 avec la canule de prélèvement 8 et - dans une seconde position 14 la ligne chaude 9 avec la canule de purge 12. 25 Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le moyen de distribution est un distributeur 11 à trois voies et deux positions 13, 14. Ceci est illustré aux figures 2 et 3. Les deux positions sont obtenues par déplacement du tiroir du distributeur 11. 30 Selon un second mode de réalisation de l'invention, le moyen de distribution comprend deux vannes 16, 17 à deux voies commandées conjointement. Ainsi il est possible d'utiliser le banc d'essai selon le mode opératoire suivant : 35 - durant l'étape d'analyse, le moyen de distribution 11, 16, 17 étant commandé dans sa 2908886 4 première position 13, du gaz d'échappement est prélevé dans la première tuyauterie 4 par la canule de prélèvement 8 et transmis via le moyen de distribution 11, 16, 17 et la ligne chaude 9 à la 5 baie d'analyse 10, et - durant l'étape de purge, le moyen de distribution 11, 16, 17 étant commandé dans sa seconde position 14, un gaz de purge est injecté au niveau de la baie d'analyse 10 et traverse ladite 10 baie d'analyse 10, la ligne chaude 9, le moyen de distribution 11, 16, 17 et la canule de purge 12. Le gaz de purge ainsi éjecté à l'air libre ne provoque avantageusement plus les inconvénients précités. 15 Selon une autre caractéristique de l'invention, la canule de purge 12 est reliée à l'air libre via un piquage 15 dans la seconde tuyauterie d'échappement 6. Une telle disposition permet avantageusement, 20 d'une part de réutiliser les équipements de traitements des gaz d'échappement du banc d'essai disposés à la sortie de la ligne d'échappement. Elle permet d'autre part alternativement d'employer la canule de purge 12 pour réaliser un prélèvement de 25 gaz à l'aval de l'ensemble filtre 5. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après a titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels : 30 - la figure 1 illustre un banc d'essai d'analyse de gaz d'échappement selon l'art antérieur, - la figure 2 illustre un banc d'essai amélioré selon l'invention, le distributeur trois voies dans une première position, 35 - la figure 3 illustre un banc d'essai amélioré selon l'invention, le distributeur trois voies dans une seconde 2908886 5 position - la figure 4 illustre un banc d'essai amélioré selon l'invention, selon le mode de réalisation avec deux vannes. 5 D'une figure à l'autre, les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments. Relativement au banc d'essai de l'art antérieur déjà décrit en se référant à la figure 1, un banc d'essai selon l'invention tel qu'illustré aux figures 2, 7 et 4, 10 comprend en outre un moyen de distribution ll, 16, 17 à deux positions et une canule de purge 12. Cette canule de purge 12 est reliée à l'air libre. Selon le premier mode de réalisation, le moyen de distribution est un distributeur 11 à trois voies disposé entre la 15 canule de prélèvement 8, la canule de purge 12 et la ligne chaude 9 de telle manière à connecter : - dans une première position 13, illustrée à la figure 2, la ligne chaude 9 avec la canule de prélèvement 8 et 20 dans une seconde position 14, illustrée à la figure 3, la ligne chaude 9 avec la canule de purge 12. Selon un second mode de réalisation, illustré à la figure 4, le moyen de distribution est réalisé par 25 association de deux vannes 16, 17 reliées par un té 18. Chacune des vannes 16, 17 possède une voie passante et une voie fermée. Une première vanne 16 est reliée à la canule de prélèvement 8. Une seconde vanne 17 est reliée à la canule de purge 12. Un té 18 30 relie les deux vannes 16, 17 et la ligne chaude 9 reliant à la baie d'analyse 10. Les deux vannes sont commandés conjointement afin de réaliser deux positions 13, 14. La position de prélèvement 13 est obtenue avec la première vanne 16 passante et la 35 seconde vanne 17 fermée. La position de purge 14 est obtenue avec la première vanne 16 fermée et la 2908886 6 seconde vanne 17 passante. La figure 4 illustre ce mode de réalisation en position de prélèvement 13. Dans ce second mode de réalisation, afin de limiter l'encrassement de la ligne 9 et du té 18 5 durant les phases de fonctionnement du moteur différentes de la phase de prélèvement, la première vanne 16 est avantageusement normalement fermé alors que la seconde vanne 17 est avantageusement normalement ouverte. 10 Ainsi, il est possible, de réaliser une étape d'analyse similaire à celle de l'art antérieur, lorsque le moyen de distribution 11, 16, 17 est commandé dans sa première position 13. Du gaz d'échappement peut être prélevé dans la première 15 tuyauterie 4 par la canule de prélèvement 8 et être transmis via le distributeur 11 et la ligne chaude 9 à la baie d'analyse 10. Une étape de purge peut être réalisée, lorsque le moyen de distribution 11, 16, 17 est commandé dans 20 sa seconde position 14. Un gaz de purge peut être injecté au niveau de la baie d'analyse 10. Il traverse ladite baie d'analyse 10, la ligne chaude 9, le moyen de distribution 11, 16, 17 et la canule de purge 12. Au contraire de l'étape de purge de l'art 25 antérieur, le flux d'air de purge ne repasse pas dans la canule de prélèvement 8 pour aboutir clans la première tuyauterie 4, mais est redirigé par le moyen de distribution 11, 16, 17 vers la canule de purge 12 pour aboutir à l'air libre. 30 On remarque que la partie en amont du moyen de distribution 11, 16, 17, à savoir la canule de prélèvement 8, n'est pas purgée durant l'étape de purge. Aussi, selon un mode de réalisation avantageux la longueur de la canule de prélèvement 8 est la plus 35 courte possible. Une longueur ainsi limitée réduit le refroidissement du gaz d'échappement. Ce 2908886 7 refroidissement est préjudiciable à une bonne analyse en ce qu'il modifie les conditions de mesure. De plus ce refroidissement favorise la condensation que l'on souhaite éviter. 5 L'évacuation du gaz d'échappement lors de sa sortie à l'air libre nécessite des équipements d'extraction afin de ne pas polluer l'atelier où est disposé le banc d'essai. Ces équipements d'extraction, présents à la sortie du banc d'essai 10 (extrémité libre de la seconde tuyauterie d'échappement 6), sont réutilisés pour le flux de purge, selon un mode de réalisation avantageux où la canule de purge 12 est reliée à l'air libre via un piquage 15 dans la seconde tuyauterie d'échappement 15 6. Ce mode de réalisation est illustré aux figures 2 et 3. Dans ce mode de réalisation, il est encore possible avec le banc d'essai selon l'invention, de réaliser une autre étape d'analyse où le prélèvement 20 de gaz d'échappement s'effectue dans la seconde tuyauterie 6, en aval de l'ensemble filtre 5. Pour cela le moyen de distribution 11, 16, 17 est commandé dans sa seconde position 14, afin de permettre un prélèvement de gaz d'échappement dans la seconde 25 tuyauterie 6 au moyen de la canule de purge 12. Ce gaz est ensuite transmis via le moyen de distr=_bution 11, 16, 17 et la ligne chaude 9 à la baie d'analyse 10. Dans cette même seconde position du moyen de 30 distribution 11, 16, 17, il est possible de purger la ligne d'analyse comprenant la canule 12, la ligne chaude 9 et la baie d'analyse 10, par l'envoi au niveau de la baie d'analyse 10 d'un gaz de purge. Avantageusement, afin de ne pas envoyer le flux 35 de gaz de purge vers l'ensemble filtre 5, au risque de le refroidir et/ou de le polluer, le piquage 15 2908886 8 est tel que la canule de purge 12 soit orientée du côté opposé à l'ensemble filtre 5. Ainsi le flux de purge s'écoule vers l'extrémité libre de la seconde tuyauterie 6. 5 Lorsque la canule de purge 12 est utilisée pour réaliser un prélèvement de gaz en aval de l'ensemble filtre 5, il est avantageux que sa longueur soit la plus courte possible. Une longueur ainsi limitée réduit le refroidissement du gaz d'échappement, 10 préjudiciable à une bonne analyse et favorable aux condensats, comme vu précédemment. De même, afin de prélever au plus près de l'ensemble filtre 5 à son aval le piquage 15 est avantageusement disposé au plus près de l'ensemble filtre 5. 15 Afin de réduire les inconvénients du refroidissement du gaz d'échappement dans la canule de purge 12, par exemple lorsque sa longueur ne peut être suffisamment réduite, la canule de purge 12 comprend avantageusement une ligne chaude. 20 Selon un mode de réalisation particulièrement intéressant, afin de lutter contre les effets préjudiciables tant pour l'analyse que pour la pollution, d'un refroidissement du gaz d'échappement, le moyen de distribution 11, 16, 17 est 25 avantageusement chauffant. Selon un mode de mise en oeuvre avantageux les flux de purge utilisent un gaz de purge constitué d'air synthétique (air "propre" obtenu en mélangeant de l'oxygène et de l'azote en proportion respective 30 de 20 et 80%) ou d'azote. Afin d'améliorer le rendement et la productivité du nettoyage des éléments traversés lors des étapes de purge, le gaz de purge est injecté sous pression selon un flux pulsé. REVENDICATIONS 1. Banc d'essai d'analyse de gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne comprenant : un moteur (2) à tester produisant des gaz d'échappement, - un ensemble filtre (5), - une première tuyauterie d'échappement (4) reliant ledit moteur (2) audit ensemble filtre (5), une seconde tuyauterie d'échappement (6) reliant ledit ensemble filtre (5) à l'air libre, et - au moins une ligne d'analyse (7) comprenant : • une canule de prélèvement (8) de gaz d'échappement piquée dans ladite première tuyauterie d'échappement (4), prolongée par • une ligne chaude (9) permettant le transfert de gaz d'échappement à • une baie d'analyse (10) dudit gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend encore un moyen de distribution (11, 16, 17) à deux positions (13, 14) et une canule de purge (12) reliée à l'air libre, le moyen de distribution (11, 16, 17) étant disposé entre la canule de prélèvement (8), la canule de purge (12) et la ligne chaude (9) de telle manière à connecter :: dans une première position (13) la ligne chaude (9) avec la canule de prélèvement (8) et - dans une seconde position (14) la ligne chaude (9) avec la canule de purge (12). 2. Banc d'essai selon la revendication 1, où le moyen de distribution est un distributeur (11) à trois voies et deux positions (13, 14). 3. Banc d'essai selon la revendication 1, où le moyen de distribution comprend deux vannes (16, 17) à 35 deux voies commandées conjointement. 4. Banc d'essai selon l'une quelconque des 2908886 10 revendications 1 à 3, où la longueur de la canule de prélèvement (8) reliant la première tuyauterie d'échappement (4) au moyen de distribution (11, 16, 17) est la plus courte possible. 5 5. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, où la canule de purge (12) est reliée à l'air libre via un piquage (15) dans la seconde tuyauterie d'échappement (6). 6. Banc d'essai selon la revendication 5, où ledit 10 piquage (15) est tel que la canule de purge (12) soit orientée du côté opposé à l'ensemble filtre (5). 7. Banc d'essai selon la revendication 5 ou 6, où la longueur de la canule de purge (12) reliant la seconde tuyauterie d'échappement (6) au moyen de distribution 15 (11, 16, 17) est la plus courte possible et où le piquage (15) est disposé au plus près de l'ensemble filtre (5). 8. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, où la canule de purge (12) comprend une ligne chaude. 20 9. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, où le moyen de distribution (11, 16, 17) est chauffant. 10. Procédé d'utilisation d'un banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en 25 ce qu'il comprend les étapes suivantes : - une étape d'analyse où, le moyen de distribution (11, 16, 17) étant commandé dans sa première position (13), du gaz d'échappement est prélevé dans la première tuyauterie (4) par la canule de prélèvement (8) et 30 transmis via le moyen de distribution (11, 16, 17) et la ligne chaude (9) à la baie d'analyse (10), et - une étape de purge où, le moyen de distribution (11, 16, 17) étant commandé dans sa seconde position (14), un gaz de purge est injecté au niveau de la baie d'analyse (10) et traverse ladite baie d'analyse (10), la ligne chaude (9), le moyen de distribution (11, 16, 17) 2908886 11 et la canule de purge (12). 11. Procédé selon la revendication 10 d'utilisation d'un banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 5 à 9 comprenant encore l'étape suivante : 5 - une étape d'analyse où, le moyen de distribution (11, 16, 17) étant commandé dans sa seconde position (14), du gaz d'échappement est prélevé dans la seconde tuyauterie (6) par la canule de purge (12) et transmis via le moyen de distribution (11, 16, 17) et la ligne 10 chaude (9) à la baie d'analyse (10). 12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, où le gaz de purge est de l'air synthétique ou de l'azote, injecté sous pression selon un flux pulsé.