FR2681690A1 - Dispositif de mesure de la consommation d'huile d'un moteur thermique a combustion interne. - Google Patents
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Abstract
Dispositif de mesure de la consommation d'huile de lubrification d'un moteur thermique (1) par combustion de l'huile dans les cylindres du moteur, basé sur la détection de l'anhydride sulfureux (SO2 ) présent dans les gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend: - un circuit (4) de prélèvement de gaz brûlés comprenant des moyens d'oxydation du soufre (6, 7), des moyens de détection U.V. à modulation sélective (9) et des moyens de mesure (45) de caractéristiques physiques de ce dernier; - des moyens de mesures des différents paramètres de fonctionnement du moteur; - et, des moyens de stockage et de calcul (12), pour élaborer la valeur numérique recherchée à partir des valeurs (Pi, Qj) délivrées par les différents moyens de mesure équipant le moteur.
Description
DISPOSITIF DE MESURE DE LA CONSOMMATION
D'HUILE D'UN MOTEUR THERMIQUE A COMBUSTION INTERNE
La présente invention a pour objet un dispositif de mesure de la valeur de la consommation d'huile d'un moteur thermique à combustion interne. -- Elle concerne plus particulièrement un dispositif destiner à mesurer la valeur de la consommation d'huile à partir de la concentration d'anhydride sulfureux détecté dans les gaz d'échappement.
D'HUILE D'UN MOTEUR THERMIQUE A COMBUSTION INTERNE
La présente invention a pour objet un dispositif de mesure de la valeur de la consommation d'huile d'un moteur thermique à combustion interne. -- Elle concerne plus particulièrement un dispositif destiner à mesurer la valeur de la consommation d'huile à partir de la concentration d'anhydride sulfureux détecté dans les gaz d'échappement.
Sur un moteur à thermique à combustion interne, la consommation d'huile est essentiellement due à la combustion de l'huile, utilisée à la lubrification des pistons et des soupapes, qui pénètre par les jeux de fonctionnement dans les chambres de combustion. La quantité d'huile pénétrant dans les chambres de combustion du moteur pendant le fonctionnement de ce dernier, est la résultante de nombreux paramètres et reflète l'adéquation des réglages.
La combustion d'huile de lubrification présente de nombreux inconvénients, au premier rang desquels figure la pollution, principalement du fait de la formation d'hydrocarbures imbrûlés ou de particules dans le cas des moteurs diesels. D'autre part la dissipation de l'huile au cours du fonctionnement du moteur impose d'une part, de surdimensionner la quantité d'huile nécessaire au fonctionnement du moteur pour compenser les pertes et d d'autre part, de refaire régulièrement les niveaux, contrainte de moins en moins acceptée par les utilisateurs.
Pour parvenir à diminuer la consommation d'huile d'un moteur en optimisant la conception des pièces du moteur telles que notamment les segments racleurs ou encore les jeux de fonctionnement chemise-piston ou ~soupape-guide, l'analyse quantitative de la consômmation d'huile s'impose.
Quelques tentatives pour réaliser un appareillage permettant de mesurer la valeur de la consommation d'huile de lubrification d'un moteur ont été enregistrées. L'approche traditionnellement retenue consiste à détecter l'huile présente dans les gaz d'échappement du moteur, pour ce faire différentes voies ont été explorées.
On peut citer la méthode consistant à utiliser une huile dopée en traceurs radioactifs, cette méthode se trouve actuellement bloquée par des difficultés pratiques et administratives. On peut également citer la mesure des hydrocarbures par un F.I.D. (Détecteur à Ionisation de Flamme) avec un moteur fonctionnant à l'hydrogène, cependant en plus de la lourdeur du dispositif à mettre en place cette approche bute sur la difficulté de transposer les résultats ainsi obtenus à la consommation d'huile d'un moteur classique à essence ou diesel.
Une solution plus fiable consiste à mesurer la teneur en soufre des gaz d'échappement. Le soufre est en effet un très bon traceur de l'huile et ceci pour deux raisons : le soufre est un des constituants non négligeable de la base des huiles généralement utilisées pour la lubrification des moteurs, mais aussi des additifs comme les dithiophosphates. On peut donc essayer de détecter le -r soufre déjà présent dans l'huile ou bien augmenter quelque peu la proportion des molécules soufrées qui s'y trouvent déjà sans modifier qualitativement l'huile; on évite ainsi la modification du phénomène que l'on veut observer en conservant une formulation proche de celle d'origine.
La détection du soufre dans les gaz d'échappement peut être opérée soit directement à partir du soufre, soit à partir de l'anhydride sulfureux, ou SO2, résultant de la combustion du soufre.
La détection du soufre est essentiellement réalisée par un appareillage F.P.D. (Détecteur à
Photométrie de Flamme), cette technique rencontre toutefois des problèmes de non linéarité avec la concentration en soufre et de sensibilité à l'oxygène notamment.
Photométrie de Flamme), cette technique rencontre toutefois des problèmes de non linéarité avec la concentration en soufre et de sensibilité à l'oxygène notamment.
La détection du SO2 est réalisable elle, par plusieurs méthodes. La sonde électrochimique qui présente une bonne sensibilité mais dont le temps de réponse est incompatible avec l'étude des phénomènes transitoires. La spectrométrie de masse manque de spécificité étant donné qu'il existe plusieurs espèces de masse moléculaire 64. Les méthodes spectroscopiques par infrarouge ont également des problèmes de spécificité certains hydrocarbures ayant la même longueur d'onde d'absorption que le S02. La détection infrarouge (F.T.I.R.) butte sur une sensibilité insuffisante et la fluorescence U.V. sur la spécificité.
La seule méthode de détection du S02 dans un mélange gazeux qui donnent de bons résultats, c'est révélée être la détection U.V. (Ultra Violet) à modulation sélective. Un certain nombre de dispositifs interférometriques pour la détection du S02 dans un mélange gazeux, mettant en oeuvre cette technique, ont été décrits dans les demandes de brevet français publiées sous les numéros 2.340.540, 2.555.748, 2.566.748, 2.566.532 et 2.581.190. Cette méthode est en effet parfaitement sélective de S02 en permettant d'isoler sa raie d'absorption, de celle des interférents à l'aide de leur structure fine et la sensibilité de la méthode est bonne, autour de 0,1 ppm.
Toutefois aucun dispositif de mesure de la valeur numérique de la consommation d'huile, et qui soit réellement opérationnel, n'a été à ce jour développé autour de cette méthode.
Le but de la présente invention est donc de proposer un dispositif de mesure de la valeur numérique de la consommation d'huile d'un moteur à combustion interne par détection dans l'U.V. de la valeur de la concentration de S02 présent dans les gaz d'échappement, utilisant des moyens interférométriques à modulation sélective. Le dispositif de mesure suivant l'invention possède d'excellentes caractéristiques en terme de spécificité, de sensibilité et de temps de réponse.
Ainsi ce dispositif permet notamment l'utilisation des huiles habituellement utilisées dans les moteurs avec pas ou peu de soufre supplémentaire et donc sans perturbation des conditions de fonctionnement du moteur , et la quantification quasiment en temps réel des phénomènes de consommation d'huile améliorant ainsi considérablement les = mesures traditionnelles obtenues sur plusieurs heures de fonctionnement stabilisé du moteur, et autorisant ainsi et pour la première fois l'analyse de la consommation d'huile pendant les régimes transitoires, pour des moteurs thermiques à essence ou diesel.
Le dispositif suivant l'invention pour la mesure de la valeur numérique, représentative de la consommation d'huile de lubrification d'un moteur thermique par combustion de l'huile dans les cylindres du moteur, basé sur la détection de l'anhydride sulfureux present dans les gaz d'échappement, est caractérisé en ce qu'il comprend
- un circuit, actionné par une pompe d'aspiration, destiné à prélever un débit prédéterminé de gaz brûlés dans la ligne d'échappement du moteur, ledit circuit de prélèvement comprenant des moyens d'oxydation du soufre, des moyens de détection U.V. à modulation sélective pour obtenir la valeur de la concentration de l'anhydride sulfureux dans ledit débit et des moyens de mesure de caractéristiques physiques de ce dernier ; - des moyens de mesures de différents paramètres de fonctionnement du moteur ;; - et, des moyens de stockage et de calcul, pour élaborer la valeur numérique recherchée à partir des valeurs délivrées par les différents moyens de mesure équipant le moteur et le circuit de prélèvement, des caractéristiques physico-chimiques de l'huile employée ainsi que du carburant et de l'air comburant, et des constantes directement liées au dispositif.
- un circuit, actionné par une pompe d'aspiration, destiné à prélever un débit prédéterminé de gaz brûlés dans la ligne d'échappement du moteur, ledit circuit de prélèvement comprenant des moyens d'oxydation du soufre, des moyens de détection U.V. à modulation sélective pour obtenir la valeur de la concentration de l'anhydride sulfureux dans ledit débit et des moyens de mesure de caractéristiques physiques de ce dernier ; - des moyens de mesures de différents paramètres de fonctionnement du moteur ;; - et, des moyens de stockage et de calcul, pour élaborer la valeur numérique recherchée à partir des valeurs délivrées par les différents moyens de mesure équipant le moteur et le circuit de prélèvement, des caractéristiques physico-chimiques de l'huile employée ainsi que du carburant et de l'air comburant, et des constantes directement liées au dispositif.
Selon une caractéristique de l'invention les dits moyens d'oxydation nécessaires à la transformation du soufre présent dans les gaz brûlés en anhydride sulfureux sont constitués par des moyens d'adjonction d'un débit prédéterminé d'oxygène et par des moyens de chauffage permettant de porter le mélange gaz brûlés - oxygène à une température d'au moins 8000C.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le circuit de prélèvement compris entre lesdits moyens d'oxydation et les moyens de détection U.V. à modulation sélective, est formé par une conduite en matériau thermorésistant tel que du téflon, ladite conduite étant de plus pourvue de moyens de chauffage de façon à éviter toute retransformation de l'anhydride sulfureux.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de détection U.V. à modulation sélective pour obtenir la valeur de la concentration de l'anhydride sulfureux sont constitués par un dispositif optique comprenant successivement
- une source lumineuse ;
- un premier objectif
- une cellule de mesure
- des moyens d'interférométrie ;
- un second objectif
- un monochromateur
- et, un photodétecteur.
- une source lumineuse ;
- un premier objectif
- une cellule de mesure
- des moyens d'interférométrie ;
- un second objectif
- un monochromateur
- et, un photodétecteur.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le monochromateur est formé par un réseau holographique concave à faible rayon de courbure.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le photodétecteur comporte 5 étages d'amplification.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le photodétecteur comporte une tension d'alimentation pouvant être portée à 1500 Watts.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les dits moyens d'interférométrie se composent successivement de
- un premier prisme polariseur de Wollaston
- une lame biréfringente ;
- un modulateur photoélastique
- et, un second prisme polariseur de
Wollaston.
- un premier prisme polariseur de Wollaston
- une lame biréfringente ;
- un modulateur photoélastique
- et, un second prisme polariseur de
Wollaston.
Selon un mode de réalisation préféré de 11 invention, le dispositif comprend des moyens de régulation de la température de la lame biréfringente de manière à pouvoir ajuster la différence de marche que ladite lame introduit.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit de prélèvement est équipé de moyens de mesure de la pression et de régulation de la température.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de mesures des différents paramètres de fonctionnement du moteur permettent de produire les valeurs numériques des paramètres suivants
- le régime moteur ;
- le couple
- l'angle d'ouverture papillon
- la richesse ;
- et, le débit de carburant.
- le régime moteur ;
- le couple
- l'angle d'ouverture papillon
- la richesse ;
- et, le débit de carburant.
On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel
la figure 1 est une vue schématique du dispositif de mesure suivant l'invention
la figure 2 est une vue de détail du dispositif suivant 1 précisant l'appareillage interférométrique utilisé.
la figure 1 est une vue schématique du dispositif de mesure suivant l'invention
la figure 2 est une vue de détail du dispositif suivant 1 précisant l'appareillage interférométrique utilisé.
Conformément à la figure 1, le dispositif de mesure de la valeur numérique représentative de la consommation d'huile de lubrification d'un moteur thermique, est utilisé sur un moteur à combustion interne (1) de conception classique pour véhicule automobile, de type essence ou diesel.
Une série de capteurs de mesure équipe ledit moteur (1) de façpn à recueillir les valeurs numériques (Pi) de ' certains paramètres de fonctionnement du moteur (1), comme cela est précisé plus dans la description. Ces valeurs (Pi) sont enregistrées dans une unité de stockage et de calcul (12). L'air frais comburant et le carburant sont apportés par les conduites respectives (2) et (3), tandis que les gaz brûlés sont évacués par la ligne d'échappement (5).
Le carburant utilisé pour faire fonctionner le moteur (1) est choisi de façon à avoir une teneur réduite en soufre tandis que l'huile de lubrification peut au contraire être légèrement dopée en soufre. La prise en compte du soufre résiduel apporté par le carburant est facilement opérée à partir de la mesure du débit de carburant en amont des chambres de combustion, en ayant mesuré par avance sa teneur en soufre. Il est impératif pour la qualité des mesures que l'huile employée soit un bon traceur de la consommation d'huile c'est à dire que sa concentration en traceur et ses caractéristiques physico-chimiques restent constantes au cours des mesures réalisées.
Un conduit de dérivation (4) actionné par une pompe d'aspiration (44) prélève un débit prédéterminé de gaz d'échappement d'environ 250 litres par heure, ce prélèvement est réalisé directement au niveau de la ligne d'échappement par un piquage adéquat.
Le gaz ainsi prélevé à l'échappement est soigneusement oxydé afin de s'assurer que la totalité du soufre présent soit transformé sous forme de S02.
Pour ce faire le circuit de prélèvement (4) traverse un four d'oxydation (6) fonctionnant à 8000C. Avant le passage dans le four (6), l'oxygène nécessaire à l'oxydation du soufre est adjoint aux gaz d'échappement prélevés grâce à une conduite secondaire (7) débouchant dans la ligne (4), le débit additionnel d'oxygène est d'environ 8 litres par minute. La dilution entraînée par cet apport est à prendre en compte pour le calcul final de la consommation d'huile. Avec un tel dispositif il est possible d'atteindre un rendement d'oxydation supérieur à 95% pour H2S et pour le débit de prélèvement adopté.
A la sortie du four (6) le circuit de prélèvement (4) rejoint un dispositif interférométrique (9) par l'intermédiaire d'une conduite (42) en téflon, chauffée par des moyens appropriés à environ 1300C de façon à éviter toute retransformation du SO2. Le circuit (4) peut être équipé par ailleurs de moyens de régulation de la température.
Les gaz d'échappement prélevés traversent l'appareillage optique via une cellule (92), où est opérée l'analyse de la concentration en SO2, puis évacués après mesure du débit.
Les caractéristiques mesurées (Qj) lors du passage des gaz prélevés dans le dispositif interférométrique (9) sont transmis au calculateur (12) qui, en les combinant aux informations (Pi) sur le fonctionnement du moteur (1), déduit la valeur de la consommation d'huile.
Conformément à la figure 2, le dispositif interférométrique (9) est formé par successivement
- une source lumineuse (90), par exemple une lampe d'environ 150 Watt/heure avec un filament de Quartz-Iode particulièrement adapté pour les longueurs d'ondes supérieures à 280 nm
- un premier objectif en silice (91) ;;
- la cellule à gaz (92) dont les parois présentent des fenêtres en silice sur le trajet optique, sa longueur est de 50 cm et son volume de moins de 0,3 litre ce qui lui permet d'être balayée en moins de 2 secondes pour un débit de prélèvement 250 litres/heure, les parois internes autres que les fenêtres sont recouvertes de téflon de faible porosité, cette cellule est de plus munie d'un capteur de pression (45) permettant de recueillir la valeur de la pression régnant à l'intérieur de la cellule (92)
- un ensemble d'interférométrie, qui sera decrit plus en détail ci-après ;;
- un second objectif (97), qui a son axe optique confondu et alignés avec celui de l'objectif (91), cet objectif étant également réalisé en silice
- un monochromateur (98) formé par un réseau holographique concave à faible rayon de courbure, la bande passante de ce monochromateur est de 20 nm centrée autour de 300 nm et son rendement en transmission est d'environ de 60 % ;
- et un photodétecteur (99) qui délivre un signal lorsqu'il est éclairé, le détecteur comporte 5 étages d'amplification permettant un gain de 106.
- une source lumineuse (90), par exemple une lampe d'environ 150 Watt/heure avec un filament de Quartz-Iode particulièrement adapté pour les longueurs d'ondes supérieures à 280 nm
- un premier objectif en silice (91) ;;
- la cellule à gaz (92) dont les parois présentent des fenêtres en silice sur le trajet optique, sa longueur est de 50 cm et son volume de moins de 0,3 litre ce qui lui permet d'être balayée en moins de 2 secondes pour un débit de prélèvement 250 litres/heure, les parois internes autres que les fenêtres sont recouvertes de téflon de faible porosité, cette cellule est de plus munie d'un capteur de pression (45) permettant de recueillir la valeur de la pression régnant à l'intérieur de la cellule (92)
- un ensemble d'interférométrie, qui sera decrit plus en détail ci-après ;;
- un second objectif (97), qui a son axe optique confondu et alignés avec celui de l'objectif (91), cet objectif étant également réalisé en silice
- un monochromateur (98) formé par un réseau holographique concave à faible rayon de courbure, la bande passante de ce monochromateur est de 20 nm centrée autour de 300 nm et son rendement en transmission est d'environ de 60 % ;
- et un photodétecteur (99) qui délivre un signal lorsqu'il est éclairé, le détecteur comporte 5 étages d'amplification permettant un gain de 106.
L'ensemble d'interférométrie se compose de deux prismes polariseurs (93) et (96), à double image et de même nature et, entre ceux-ci, d'une lame biréfringente (94) et d'un modulateur photoélastique (95). Les deux prismes (93) et (96) sont deux prismes polariseurs de Wollaston ou analogues. Ils peuvent être , par exemple, réalisés en spath, leurs éléments étant adhérisés.
La lame biréfringente (94) a une épaisseur adaptée à la structure fine du S02 et est prise égale à 3 mm, cette épaisseur permet d'obtenir au foyer de l'objectif (97), un ordre d'interférences correspondant à un maximum d'éclairement du phénomène d'interférences en présence de la substance étudiée, la lame (94) est de plus régulée en température pour un ajustement de la différence de marche qu'elle introduit.
Le modulateur photoélastique (95) est une lame de silice ou de fluorine excitée par une céramique piézoélectrique, ce qui donne à cette lame une biréfringence variable par compression.
L'axe optique du modulateur (95) est parallèle à celui de la lame biréfringente (94). Selon une variante de réalisation le modulateur photoélastique pourrait être une lame tournante 3/2.
Le principe de fonctionnement du dispositif est schématiquement le suivant. Le S02 présente dans l'U.V. (ultra violet), entre 280 et 310 nm, un spectre d'absorption quasi-périodique de périodicité en nombre d'onde
Si on place une cellule (92) contenant du SO2 entre une source U.V.
(90) émettant entre 280 et 310 nm et un interféromètre à deux ondes, on obtient des franges d'interférences au voisinage de la différence de marche nulle( t = 0)et des franges au voisinage de la différence de marche
Ces dernières franges sont spècitiques du So2 et leur contraste est proportionnel à la concentration de S02 présent dans la cellule.
En l'absence de S02 il n'y a pas de phénomène d'interférence au voisinage de
le flux sortant de l'interféromètre est alors constant quelle que soit la position de l'analyseur (95) et le courant débité par le récepteur (99) est également constant. Par contre, en présence de S02, un phénomène d'interférence apparaît à l'intérieur de l'interféromètre, et l'éclairement est maximum si la direction de l'analyseur (95) est parallèle à celle du polariseur et il est minimum si les deux directions sont perpendiculaires.
le flux sortant de l'interféromètre est alors constant quelle que soit la position de l'analyseur (95) et le courant débité par le récepteur (99) est également constant. Par contre, en présence de S02, un phénomène d'interférence apparaît à l'intérieur de l'interféromètre, et l'éclairement est maximum si la direction de l'analyseur (95) est parallèle à celle du polariseur et il est minimum si les deux directions sont perpendiculaires.
On obtient dans ces conditions, en faisant tourner l'analyseur (95) à la fréquence de 10 Hertz ou en excitant le modulateur photo élastique à une fréquence de 10 Hz, un flux modulé à la fréquence 20 Hz ; une détection synchrone du courant délivré par le récepteur 99) fournit un signal proportionnel à la concentration de S02 présent dans le cellule (92) et donc après étalonnage la valeur recherchée de la concentration en SO2.
Afin d'améliorer la qualité du rapport signal/bruit du dispositif interférométrique qui vient d'être décrit, les points suivants doivent être respectés.
Le photomultiplicateur ou photodétecteur (99) a une efficacité quantique optimisée en U.V.
avec un maximum à 400 nm grâce à une photocathode en - bialkali et des fenêtres en borosilicate (matériau absorbant peu les U.V.). I1 possède de plus une grille d'accélération des photons transmis ce qui améliore sa sensibilité. Le nombre d'étages restreint (5 étages seulement permettant un gain de 106) a pour avantage de simplifier l'alimentation électronique du détecteur, ce qui entraîne une réduction du bruit pour un signal donné.
L'alimentation du photodétecteur (99) a également fait l'objet de soins particuliers. La haute tension alimentant les 5 étages d'amplification a une plage d'alimentation portée de 0 à 1500 Volts. Le voltage maximum admis est alors suffisamment élevé pour permettre de travailler avec des transmissions réduites à 1%.
De telles performances permettent d'une part, de s'affranchir de l'encrassement de la cellule (92), allégeant d'autant la maintenance de l'appareillage et d'autre part, de travailler avec des gaz d'échappement- diesel, mêmes fortement chargés en particules, évitant l'emploi de moyens de filtrages qui perturbent le signal et engendrent une perte de résolution temporelle en régimes transitoires et une rétention aléatoire de SO2.
Le dispositif suivant l'invention est donc parfaitement utilisable avec des moteurs diesel.
Par ailleurs la cellule (92) est un élément important du dispositif optique, car elle doit satisfaire a un double impératif de sensibilité et de résolution temporelle. Aussi le choix d'une cellule de forme cylindrique permet-il de privilégier le trajet optique et donc la sensibilité, sans augmenter trop le volume de la cellule et donc la résolution temporelle.
Enfin la luminance de la source (90) peut être améliorée par son survoltage dans la mesure toutefois où une telle augmentation de puissance n'affecte pas trop la durée de vie du filament.
Conformément à la description qui précède et aux figures 1 et 2, la détermination de la valeur numérique de la consommation huile est alors opéré de la façon suivante.
L'unité de calcul (12) opère l'acquisition à une fréquence donnée (par exemple 1 Hz) des paramètres de fonctionnement (Pi) du moteur (1) ainsi que des différentes caractéristiques (Qj) mesurées sur la ligne de dérivation (4). Ces différentes valeurs sont ensuite combinées avec un certain nombre de paramètres prédéterminés rentrés initialement dans le - calculateur, pour obtenir alors la valeur de la consommation d'huile en temps réel.
Les paramètres prédéterminés devant être entrés initialement dans les mémoires du calculateur avant tout manipulation sont
- la concentration du soufre présent dans le carburant ;
- la concentration du soufre présent dans l'huile
- la masse volumique du carburant.
- la concentration du soufre présent dans le carburant ;
- la concentration du soufre présent dans l'huile
- la masse volumique du carburant.
Les paramètres de fonctionnement (Pi) du moteur sont eux
- le régime moteur
- le couple
- l'angle d'ouverture papillon ;
- et, le débit d'air.
- le régime moteur
- le couple
- l'angle d'ouverture papillon ;
- et, le débit d'air.
Il est à noter que l'acquisition du débit d'air, pour le calcul du volume des gaz d'échappement, peuvent être remplacées par l'acquisition de la richesse et du débit de carburant.
Quant aux valeurs (Qj) recueillies sur la ligne de prélèvement (4), il s'agit de
- la pression des gaz brûlés dans la cellule (92) ;
- et, la concentration en SO2.
- la pression des gaz brûlés dans la cellule (92) ;
- et, la concentration en SO2.
La consommation d'huile Ch s'obtient alors simplement grâce à la formulation suivante
Ch = A * (B - C) avec A A = (Qmc / Csh)
Qmc : débit massique du carburant
Csh : teneur massique en soufre de l'huile
B = p * CSO2 * (GSO2/ Gair) * (1 + S / R) g : masse soufre / masse du S02 (32/64)
CSO2 : concentration volumique du SO2
GSO2 : masse volumique du so2 (2.86
Kg/m3)
Gair : masse volumique de l'air (1.29
Kg/m3)
S : constante (#15)
R : richesse du mélange air-carburant
C = Csc
Csc : concentration massique en soufre du carburant
Le dispositif qui vient d'être décrit permet de visualiser 90% d'un gradient gazeux (T90) prélevé au bout de six secondes maximum, pour l'interféromètre seul, à un débit de prélèvement de 250 litres/heure. Cette valeur est atteinte pour le montage en entier au bout de douze secondes, la différence correspondant au transfert des gaz dans la ligne chauffante reliant le collecteur d'échappement du moteur et la cellule de mesure.
Ch = A * (B - C) avec A A = (Qmc / Csh)
Qmc : débit massique du carburant
Csh : teneur massique en soufre de l'huile
B = p * CSO2 * (GSO2/ Gair) * (1 + S / R) g : masse soufre / masse du S02 (32/64)
CSO2 : concentration volumique du SO2
GSO2 : masse volumique du so2 (2.86
Kg/m3)
Gair : masse volumique de l'air (1.29
Kg/m3)
S : constante (#15)
R : richesse du mélange air-carburant
C = Csc
Csc : concentration massique en soufre du carburant
Le dispositif qui vient d'être décrit permet de visualiser 90% d'un gradient gazeux (T90) prélevé au bout de six secondes maximum, pour l'interféromètre seul, à un débit de prélèvement de 250 litres/heure. Cette valeur est atteinte pour le montage en entier au bout de douze secondes, la différence correspondant au transfert des gaz dans la ligne chauffante reliant le collecteur d'échappement du moteur et la cellule de mesure.
La limite de sensibilité atteinte est de 0,4 ppm pour un rapport signal/bruit de 2, cette sensibilité permet de mesurer une consommation d'huile d'environ 5 g/h avec une huile à 2% en soufre. Ce temps de réponse et cette sensibilité associés permettent de visualiser des phénomènes transitoire de consommation d'huile tels que ceux que l'on peut observer dans des phases d'accélération ou de décélération.
Bien entendu, l'invention n1 est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.
Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leur combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.
Claims (1)
- REVENDICATIONSDispositif de mesure de la valeur numériqueCh, représentative de la consommation d'huile de lubrification d'un moteur thermique (1) par combustion de l'huile dans les cylindres du moteur, basé sur la détection de l'anhydride sulfureux (S02) présent dans les gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend- un circuit (4), actionné par une pompe d'aspiration (44), destiné à prélever un débit prédéterminé de gaz brûlés dans la ligne d'échappement (5) du moteur (1), ledit circuit de prélèvement (4) comprenant des moyens d'oxydation du soufre (6,7), des moyens de détection U.V. à modulation sélective (9) pour obtenir la valeur de la concentration de l'anhydride sulfureux (SO2) dans ledit débit et des moyens de mesure (45) de caractéristiques physiques de ce dernier- des moyens de mesures des différents paramètres de fonctionnement du moteur- et, des moyens de stockage et de calcul (12), pour élaborer la valeur numérique recherchée à partir des valeurs (Pi,Qj) délivrées par les différents moyens de mesure équipant le moteur (1) et le circuit de prélèvement (4), des caractéristiques physico-chimiques de l'huile employée ainsi que du carburant et de l'air comburant, et de constantes directement liées au dispositif.t2] Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dits moyens d'oxydation pour la transformation du soufre présent dans les gaz brûlés en anhydride sulfureux (S02) sont constitués par des moyens d'adjonction (7) d'un débit prédéterminé d'oxygène et par des moyens de chauffage (6) permettant de porter le mélange gaz brûlés - oxygène à une température d'au moins 8000C.[3] Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendication 1 à 2, caractérisé en ce que le circuit de prélèvement compris entre lesdits moyens d'oxydation et les moyens de détection U.V. à modulation sélective, est formé par une conduite (42) en matériaux thermorésistant tel que du téflon, ladite conduite étant de plus pourvue de moyens de chauffage de façon à éviter toute retransformation de l'anhydride sulfureux (S02).t4] Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de détection U.V. à modulation sélective (9) pour obtenir la valeur de la concentration de l'anhydride sulfureux (SO2) sont constitués par un dispositif optique comprenant successivement- une source lumineuse (90)- un premier objectif (91)- une cellule de mesure (92)- des moyens d'interférométrie (93,94,95,96)- un second objectif (97)- un monochromateur (98) ;- et, un photodétecteur (99).t5] Dispositif de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite source lumineuse est formée par une lampe à filament de Quartz-Iode (90 > , d'une puissance d'au moins 150 Watt/heure.t6] Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que ladite cellule (92) est de forme cylindrique, le trajet optique traversant ladite cellule dans le sens longitudinal, et présente une longueur d'au moins 40 cm.t7] Dispositif de mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite cellule (92) comporte à ses extrémités longitudinales des fenêtres en silice, les parois autres que les fenêtres étant recouvertes de téflon de faible porosité.t8] Dispositif de mesure selon l'une quelconque desXrevendications 4 à 7, caractérisé en ce que le monochromateur est formé par un réseau holographique concave à faible rayon de courbure (98).[9] Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le photodétecteur (99) comporte une photocathode en bialkali et des fenêtres en borosilicate.[10] Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le photodétecteur (99) comporte 5 étages d'amplification.[11] Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que le photodétecteur (99) admet une tension d'alimentation pouvant être portée à 1500 Watts.[12] Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 4 11, caractérisé en ce que les dits moyens d'interférométrie se composent successivement de- un premier prisme polariseur deWollaston (93)- une lame biréfringente (94) ;- un modulateur photoélastique (95) ;- et, un second prisme polariseur deWollaston (96).[13] Dispositif de mesure selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite lame biréfringente (94) comprend des moyens de régulation de la température de manière à pouvoir ajuster la différence de marche que ladite lame introduit.[14] Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 12 à 13, caractérisé en ce que ledit modulateur photoélastique (96) est formé par une lame de silice ou de fluorine excitée par une céramique piézoélectrique.t15] Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le circuit de prélèvement (4) est équipé de moyens de mesure (45) de la pression des gaz.[16] Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que les moyens de mesures des différents paramètres de fonctionnement du moteur permettent de produire les valeurs numériques des paramètres suivant- le régime moteur ;- le couple- l'angle d'ouverture papillon- la richesse ;- et, le débit de carburant.[17] Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul détermine la valeur de la consommation d'huile du moteur selon la formulation suivanteCh = A * (B - C)avecA = (Qmc / Csh)Qmc : débit massique du carburantCsh : concentration massique en soufre de l'huileB = * CSO2 * (GS02/ Gair) * (1 + S / R) p : masse soufre / masse du S02 (32/64)CSO2 : concentration volumique du S02GSO2 : masse volumique du S02 (2.86Kg/m3)Gair : masse volumique de l'air (1.29Kg/m3)S : constante (S # 15)R : richesse du mélange air-carburant. C = CscCsc : concentration massique en soufre du carburant.
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