Banc d'essai d'analyse de gaz d'échappement et procédé d'utilisation.

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 est destiné à tester un moteur comprenant 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. Le banc comporte 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 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 parois internes du tube. Cette température élevée, de l'ordre de 18O ⁰ 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 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 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 1 ' indice de fumée avec un fumimètre.

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.

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 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 température stabilisée desdits éléments actifs avant

une nouvelle étape d'analyse;

- 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 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.

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 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 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.

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.

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 : durant l'étape d'analyse, 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 transmis via le moyen de distribution 11, 16, 17 et la ligne chaude 9 à la 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 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.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la canule de purge 12 est apte à être reliée à l'air libre via un piquage 15 dans la seconde tuyauterie d'échappement 6. Une telle disposition permet avantageusement, d'une part de réutiliser les équipements de traitements des gaz d'échappement 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 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 à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels :

- 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,

- la figure 3 illustre un banc d'essai amélioré selon

l'invention, le distributeur trois voies dans une seconde position

- la figure 4 illustre un banc d'essai amélioré selon l'invention, selon le mode de réalisation avec deux vannes.

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, 3 et 4, comprend en outre un moyen de distribution 11, 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 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

- 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 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 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 seconde vanne 17 fermée. La position de purge 14 est

obtenue avec la première vanne 16 fermée et la 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 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.

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 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 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 antérieur, le flux d'air de purge ne repasse pas dans la canule de prélèvement 8 pour aboutir dans 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.

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 courte possible. Une longueur ainsi limitée réduit le

refroidissement du gaz d'échappement. Ce 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.

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

(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 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 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 tuyauterie 6 au moyen de la canule de purge 12. Ce gaz est ensuite transmis via le moyen de distribution 11, 16, 17 et la ligne chaude 9 à la baie d'analyse 10. Dans cette même seconde position du moyen de 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 de gaz de purge vers l'ensemble filtre 5, au risque

de le refroidir et/ou de le polluer, le piquage 15 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.

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, 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.

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.

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 avantageusement chauffant.

Selon un mode de mise en œuvre 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 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 puisé.