Brevet FR2917502A1 — publié le 20081219

DISPOSITIF DE CARACTERISATION D'ECHANTILLONS L'invention concerne les dispositifs de caractérisation d'échantillons sur un banc d'essais, notamment d'échantillons de systèmes de dépollution automobiles en présence de gaz d'échappement synthétiques à différentes températures, tels que les filtres à particules ou les systèmes de catalyseurs conçus pour la réduction des oxydes d'azote (DeNOx). L'invention concerne en particuliers les opérations de charge et de décharge des échantillons sur les bancs d'essais. Les bancs d'essais existants ne sont plus aptes à satisfaire les demandes d'essais de caractérisation d'échantillons sur les systèmes de dépollution qui sont implantés sur les lignes d'échappement des moteurs d'automobiles, suite à l'accroissement du nombre des demandes d'essais nécessaires à la mise au point des systèmes de post-traitement. Et la prise de conscience actuelle en matière d'environnement, notamment l'évolution de la réglementation, risque d'aggraver encore la situation. La charge et la décharge des échantillons sur les bancs d'essais actuels sont effectuées manuellement. Sur le banc de DeNOx, un opérateur place l'échantillon verticalement dans le flux gazeux dans un porte-échantillons qui est bridé dans la veine gazeuse par un système de vérins pneumatiques. L'étanchéité est obtenue par les plans de joints hémisphériques du porte-échantillons. Sur le banc de filtre à particules, l'opérateur place l'échantillon horizontalement dans le flux gazeux dans un porte-échantillons dédié, qui est bridé dans la veine gazeuse par boulonnage manuel de brides plates, et l'étanchéité est obtenue à l'aide joints plats en graphite. Ainsi, en l'absence d'opérateur, d'une part le banc d'essais n'est pas exploitable, et d'autre part, il n'est apte qu'à soumettre un seul échantillon à 30 la fois à un unique essai à la fois. L'augmentation du nombre de bancs et/ou du nombre d'équipes exploitant ce banc a pour inconvénient de nécessiter des locaux plus grands et le redimensionnement des alimentations en gaz, électricité et air comprimé, des extractions de gaz et des ressources humaines (tant en exploitation qu'en maintenance) en conséquence. Cette solution est donc trop coûteuse. L'automatisation des essais semble donc la seule alternative qui puisse à la fois rendre les bancs d'essais capacitaires, tout en étant de moindre coût. Des solutions industrielles ont été développées. Par exemple, des robots industriels articulés à six axes ont été conçus pour répondre à des utilisations nécessitant une souplesse élevée en matière d'automatisation. Néanmoins, leur emploi sur de tels bancs d'essais requière des adaptations spécifiques du banc et de la programmation du procédé de caractérisation, qui sont souvent surdimensionnées et coûteuses, et ne répondent pas aux contraintes d'encombrement dues à l'implantation des bancs. L'invention a donc pour objectif de pallier ces inconvénients de la technique antérieure, en proposant un dispositif de caractérisation d'échantillons qui soit apte à répondre à la demande croissante d'essais à effectuer sur des systèmes de dépollution implantés sur les lignes d'échappement des moteurs de véhicules, sans modification substantielle du banc d'essais. Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif de caractérisation d'échantillons de systèmes de dépollution de moindre coût, qui soit facile à mettre en oeuvre et à utiliser. Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé de caractérisation d'échantillons de systèmes de dépollution automatisé, qui permette d'appliquer une liste de séquences de tests successifs sur un même échantillon chargé, et/ou une liste de séquences de tests différente à des échantillons successifs. -3-Enfin, un objet de l'invention est de présenter un dispositif de caractérisation d'échantillons amélioré flexible qui puisse répondre à l'évolution de la réglementation en matière d'environnement. Pour cela, l'invention propose un dispositif de caractérisation d'échantillons de systèmes de dépollution sur un banc d'essai, caractérisé en ce qu'il est apte à charger et à décharger automatiquement au moins un échantillon à tester. Certains aspects préférés mais non limitatifs du dispositif selon l'invention sont les suivants : - il comprend : o un moyen de support pour porter au moins un échantillon, o un moyen de manipulation pour charger au moins un échantillon sur le banc d'essais, o un moyen pour garantir le maintien mécanique de l'échantillon chargé, et o un moyen d'étanchéification pour garantir l'étanchéité du dispositif, les moyens de manipulation chargent successivement les échantillons 20 du moyen de support sur le banc d'essais, - le moyen support est un barillet pouvant contenir au moins un échantillon, - le moyen de manipulation comprend au moins l'un des éléments du groupe suivant : un support, une pince de préhension, un support de pince 25 flottant, un bras de préhension, - le bras de préhension comprend au moins l'un des éléments du groupe suivant : une unité de translation verticale, une unité de translation horizontale, une unité de rotation, un bras de préhension, le moyen pour garantir le maintien mécanique de l'échantillon chargé 30 et/ou le moyen d'étanchéification est un système de bridage, -4- - le moyen pour garantir le maintien mécanique de l'échantillon chargé et le moyen d'étanchéification sont un seul et même système de bridage, - le système de bridage comprend au moins l'un des éléments du groupe suivant : un vérin, un rail de guidage, une plaque mobile, - les échantillons sont placés dans des porte-échantillons dans le moyen de support, - il comprend en outre un carter de protection, - il comprend en outre un automate programmable, un poste de commande de pilotage et un bandeau de commande. Selon un deuxième aspect de l'invention, on propose l'utilisation d'un dispositif de caractérisation pour caractériser des systèmes de post-traitement des gaz d'échappement automobiles. Selon un dernier aspect de l'invention, on propose un procédé de caractérisation d'un échantillon sur un banc d'essais, mettant en oeuvre un dispositif de caractérisation. Certains aspects préférés mais non limitatifs du procédé selon l'invention sont les suivants : - il applique une liste de séquences de tests successifs sur un même échantillon chargé, - il applique une liste de séquences de tests différente à des échantillons successifs. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - La figure 1 présente une vue générale d'un dispositif de caractérisation d'échantillons de filtres à particules selon l'invention, - La figure 2 présente une vue générale d'un dispositif de caractérisation d'échantillons de DeNOx selon l'invention, -5- - La figure 3 présente un schéma de la vue de face d'une partie d'un dispositif de caractérisation d'échantillons de filtres à particules selon l'invention, - La figure 4 présente un schéma de la vue latérale d'une partie d'un dispositif de caractérisation d'échantillons de filtres à particules selon l'invention, - La figure 5 présente un schéma de la vue de face d'une partie d'un dispositif de caractérisation d'échantillons de DeNOx selon l'invention. Les dispositifs de caractérisation d'échantillons de DeNOx d'une part, et de filtres à particules d'autre part, mettent en oeuvre de manière générale les mêmes éléments, à l'exception de certaines caractéristiques nécessaires pour adapter les échantillons manipulés ou testés. Par ailleurs, le dispositif peut être commandé au moyen d'un sous- ensemble électrique et automatique, comportant notamment un coffret intégrant des dispositifs de sectionnement et de protection, un automate programmable industriel, une prise permettant la connexion du dispositif à un poste de commande de pilotage (par exemple un ordinateur), et un bandeau de commande. Nous allons décrire à présent les principaux éléments constitutifs d'un dispositif de caractérisation d'échantillons de filtres à particules ou de DeNOx selon l'invention. Un tel dispositif comporte un carrousel 1 ayant au moins N positions (N >_1), par exemple six positions, comprenant : -un barillet 2 rotatif ayant six positions, dans lequel sont chargés six échantillons à tester, - un axe 4 du barillet 2, - un capteur apte à indexer le barillet 2, et - un capteur pour détecter la présence d'un échantillon. -6- Le barillet 2 du dispositif de caractérisation d'échantillons de DeNOx comprend un système de maintien en position, dans lequel les échantillons sont placés de préférence verticalement dans des porte-échantillons 3. Le barillet 2 du dispositif de caractérisation d'échantillons de filtres à particules comprend un double plateau de support, dans lequel les échantillons sont placés de préférence horizontalement dans des porte-échantillons 3, ainsi qu'un système de maintien en position Chaque échantillon est mis en place manuellement par un opérateur 10 dans l'un des porte-échantillons 3 du barillet 2. Pour le banc de tests de filtres à particules, chaque échantillon étant solidaire de son porte-échantillons 3, l'opérateur monte en outre un adaptateur 20 à portées hémisphériques et un joint en graphite par boulonnage au niveau de chaque extrémité du porte-échantillons 3 avant de 15 le placer ainsi équipé dans le barillet 2. Pour le banc de tests de DeNOx, un porte-échantillons 3 comprend un support pour un échantillon, dont le diamètre et le volume intérieur lui permettent de contenir les types d'échantillons testés, et dont la forme extérieure est modifiée par rapport à l'état de l'art afin de satisfaire les 20 contraintes de tenue en position sur le porte-échantillons 3 et de saisir par un élément de manipulation du dispositif selon l'invention. Le barillet 2 est ensuite chargé sur le poste de tests, et l'opérateur peut programmer et lancer la séquence automatique d'essais. Des moyens de manipulation saisissent alors successivement, grâce à 25 la rotation du barillet 2 autours de son axe 4 selon ses 6 positions, tous les porte-échantillons 3 présents dans le barillet 2, afin de les charger sur le poste de tests. Ce moyen de manipulation comprend : - un support 5 de manipulation, réalisé par exemple à partir de profilés 30 en aluminium, - une pince de préhension 6, pneumatique ou hydraulique, -7- - un support 7 de pince flottant, apte à compenser les défauts d'alignement dus à des moyens de maintien en position et d'étanchéification, - un bras 8 de préhension. Le bras 8 de préhension du banc d'essai de DeNOx comprend de préférence deux unités 9a et 9b de translation verticale, et une unité 9c de translation horizontale. Les unités 9a et 9b de translation verticale saisissent un porte-échantillons 3 dans le barillet 2 (unité 9a) pour le transférer et le déposer (unité 9b) dans la machine qui va effectuer le(s) test(s), dans l'axe de l'arrivée des gaz 15, tandis que l'unité de translation horizontale 9c transfère le porte-échantillons 3 entre le barillet 2 et le banc de tests. Ces unités de translation sont par exemple pneumatiques ou hydrauliques. Le bras de préhension 8 du banc d'essais de filtres à particules comprend de préférence une unité 10 de rotation supportant un bras de préhension, et une unité 11 de translation. L'unité 10 de rotation permet par rotation du bras de préhension, la prise d'un porte-échantillons 3 dans le barillet 2, et son placement dans l'axe de la veine gazeuse du banc de test, tandis que l'unité 11 de translation assure la mise en place du porte-échantillons 3 lors de la phase de maintien en position et d'étanchéification. A nouveau, l'unité 11 de translation peut être pneumatique ou hydraulique. Par ailleurs, afin de maintenir en position et/ou d'assurer l'étanchéité du dispositif, on prévoit également un système de bridage, par exemple pneumatique ou hydraulique, qui peut comprendre deux vérins 12, deux rails de guidage 13, une plaque 14 équipée de patins à guidage à billes. Enfin, le dispositif comprend un sous-ensemble pneumatique et/ou hydraulique permettant de mettre en oeuvre les unités de translation, de préhension et les vérins. Dans le cas d'un sous-ensemble pneumatique par exemple, celui-ci comprend une platine de traitement d'air, un îlot de distributeurs pour la pince et le moyen de manipulation, et une électrovanne gros débit pour le bridage des échantillons. -8- On prévoit également, pour des questions de sécurité, un carter de protection autour des bancs d'essais, notamment de DeNOx, par exemple un carter réalisé à partir de profilés en aluminium et de panneaux à haute résistance thermique et aux effets atmosphériques (du type des panneaux en matériaux cellulaire, du type Makrolon ). Une porte, dont l'ouverture est protégée le cas échéant par un capteur de sécurité verrouillable, est alors prévue pour le chargement des porte-échantillons 3. On peut ainsi empêcher les opérateurs d'accéder aux pièces en mouvement pendant le déroulement des essais, les portes d'accès étant automatiquement condamnées par l'automate. Par ailleurs, une circulation d'air à l'intérieur du carter vers l'extraction des gaz permet d'éviter l'accumulation des gaz en cas de fuite sur le banc. Lorsque la séquence automatique d'essais est lancée par l'opérateur, tous les échantillons présents dans le barillet 2 sont testés successivement selon tous les types d'essais disponibles sur le banc concerné, et ce grâce au sous-ensemble de commande électrique. Chaque type d'essai peut par ailleurs être répété plusieurs fois, et l'enchaînement des essais est réalisé automatiquement : l'opérateur peut ainsi saisir des informations relatives aux échantillons, aux essais souhaités et à leur répétition éventuelle. Cette automatisation soulage ainsi la charge de travail du laboratoire, qui peut réaliser les essais de nuit ou en jours non ouvrables. On optimise ainsi l'utilisation des bancs d'essais, en augmentant leur productivité, leur capacité d'essais et la qualité de la caractérisation des organes de dépollution, mais également en facilitant la gestion des essais grâce à une plus grande flexibilité des bancs (longueur des essais, répétabilité, etc.). Par ailleurs, les moyens mis en oeuvre sont de faible coût et permettent d'améliorer notablement la gestion des ressources, davantage de temps pouvant être consacré au post-traitement des résultats des essais.30 -9- Enfin, on prévoit que la rotation du barillet 2 puisse être effectuée manuellement par l'opérateur. On munit pour cela le dispositif de commande de pilotage d'une sortie, par exemple un bouton de commande. Cependant, pour des questions de sécurité et pour éviter toute interruption d'un cycle d'essais, le dispositif de commande de pilotage n'autorise l'actionnement de cette sortie qu'à la condition où, d'une part, la température des porte-échantillons 3 est inférieure à une température seuil (par exemple 150 C), et d'autre part, la porte du carter est fermée. La gestion de la sécurité de la porte est de plus réalisée par l'automate, qui peut détecter plusieurs types de défauts (tels qu'un ordre incohérent, etc.) et interrompre le procédé. -10- REVENDICATIONS 1. Dispositif de caractérisation d'échantillons de systèmes de dépollution sur un banc d'essai, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour charger et décharger automatiquement au moins un échantillon à tester. 2. Dispositif de caractérisation selon la revendication précédente, 10 caractérisé en ce que les moyens comprennent : • un moyen (2) de support pour porter au moins un échantillon, • un moyen de manipulation pour charger au moins un échantillon sur le banc d'essais, • un moyen pour garantir le maintien mécanique de l'échantillon 15 chargé, et • un moyen d'étanchéification pour garantir l'étanchéité du dispositif. 7. Dispositif de caractérisation selon la revendication précédente, 20 caractérisé en ce que les moyens de manipulation chargent successivement les échantillons du moyen (2) de support sur le banc d'essais. 8. Dispositif de caractérisation selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le moyen (2) de support est un barillet pouvant 25 contenir au moins un échantillon. 9. Dispositif de caractérisation selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le moyen de manipulation comprend au moins l'un des éléments du groupe suivant : un support (5), une pince (6) de préhension, un 30 support (7) de pince flottant, un bras (8) de préhension. -11- 2917502 6. Dispositif de caractérisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le bras (8) de préhension comprend au moins l'un des éléments du groupe suivant : une unité de translation verticale (9a, 9b), une unité de translation horizontale (9c, 11), une unité de rotation (10), un bras 5 de préhension. 7. Dispositif de caractérisation selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le moyen pour garantir le maintien mécanique de l'échantillon chargé etlou le moyen d'étanchéification est un système de bridage. 8. Dispositif de caractérisation selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le moyen pour garantir le maintien mécanique de l'échantillon chargé et le moyen d'étanchéification sont un seul et même système de bridage. 9. Dispositif de caractérisation selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le système de bridage comprend au moins l'un des éléments du groupe suivant : un vérin (12), un rail de guidage (13), une plaque (14) mobile. 10. Dispositif de caractérisation selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que les échantillons sont placés dans des porte-échantillons (3) dans le moyen (2) de support. 11. Dispositif de caractérisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un carter de protection. 30 12. Dispositif de caractérisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un automate25-12- programmable, un poste de commande de pilotage et un bandeau de commande. 13. Utilisation d'un dispositif de caractérisation selon l'une des revendications précédentes pour caractériser des systèmes de post-traitement des gaz d'échappement automobiles. 14. Procédé de caractérisation d'un échantillon sur un banc d'essais pour la mise en oeuvre du dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend une étape au cours de laquelle il charge automatiquement l'échantillon à tester, et une étape au cours de laquelle il décharge automatiquement ledit échantillon. 15. Procédé de caractérisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il applique une liste de séquences de tests successifs sur un même échantillon chargé. 16. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce qu'il applique une liste de séquences de tests différente à des échantillons successifs.