FR2950693A3 - Dispositif de refroidissement du gaz circulant dans un conduit d'un banc d'essai d'un moteur a combustion interne - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif (60) de refroidissement du gaz circulant dans un conduit (10) d'un banc d'essai (1), ce dispositif comportant - une première canalisation (21) dans laquelle circule un liquide de refroidissement et qui débouche sur une première rampe (23) de ruissellement, et - une première vanne (31) disposée sur ladite première canalisation, en amont de la première rampe de ruissellement, dont l'ouverture est commandée par un premier dispositif de commande (50). Selon l'invention, le dispositif comporte en outre : - une deuxième canalisation (22) dans laquelle circule un liquide de refroidissement et qui débouche sur une deuxième rampe (24) de ruissellement, et - une deuxième vanne (32) disposée sur ladite deuxième canalisation, en amont de la deuxième rampe de ruissellement, dont l'ouverture est commandée par un deuxième dispositif de commande (40) indépendant du premier.
Description
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale un dispositif de refroidissement d'un gaz circulant dans un conduit d'un banc d'essai d'un moteur à combustion interne, ce dispositif comportant - une première canalisation dans laquelle circule un liquide de refroidissement et qui débouche sur une première rampe de ruissellement adaptée à faire ruisseler une partie du liquide circulant dans cette canalisation sur ledit conduit du banc d'essai, et - une première vanne disposée sur ladite première canalisation, en 10 amont de la première rampe de ruissellement, dont l'ouverture est commandée par un premier dispositif de commande. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les bancs d'essai de moteurs à combustion interne sont utilisés pour tester le fonctionnement de différents composants de ce moteur. 15 Ils comportent de manière classique une chambre de combustion alimentée en air par un conduit d'admission et en carburant par un injecteur de carburant. Les gaz issus de la combustion sont évacués de la chambre de combustion par un conduit d'échappement. Dans le cas d'un banc d'essai d'un moteur suralimenté, les gaz circulant 20 dans le conduit d'admission sont comprimés par un compresseur d'un turbocompresseur. Cette compression ayant pour effet de réchauffer les gaz circulant dans le conduit d'admission, un échangeur de chaleur est prévu sur le conduit d'admission en aval du compresseur pour refroidir ces gaz. Il s'agit classiquement d'un échangeur air-air. 25 Cependant, cet échangeur air-air s'avère peu efficace sur le banc moteur car peu de courants d'air favorisent les échanges thermiques entre les gaz circulant dans le conduit d'admission et l'air ambiant. Ainsi, on utilise, de manière connue, un dispositif de refroidissement à liquide de refroidissement pour refroidir l'air circulant dans ce conduit d'admission 30 et atteindre une température de consigne donnée en aval du dispositif de refroidissement. Ce dispositif de refroidissement comporte une première canalisation dans laquelle circule un liquide de refroidissement, qui débouche sur une première rampe de ruissellement adaptée à faire ruisseler une partie du liquide circulant 35 dans cette canalisation sur ledit conduit du banc d'essai. Cette canalisation est munie d'une première vanne disposée en amont de la première rampe de ruissellement, dont l'ouverture est commandée par un premier dispositif de commande. Cependant, lorsque la pression de liquide de refroidissement varie dans ladite première canalisation, le débit de liquide traversant la première vanne, pour une même section d'ouverture de cette vanne, varie. Le suivi de la consigne de température est donc difficile à réaliser, en particulier lorsque cette consigne varie, comme cela est le cas dans un essai dynamique. Classiquement, l'utilisateur doit choisir en début d'essai entre deux vannes disponibles sur le banc d'essai pour l'installation de ce dispositif de refroidissement. Ces deux vannes présentent des sections d'ouvertures maximales différentes. Ainsi, d'une part, une seule des deux vannes disponibles est utilisée, et, d'autre part, la réactivité de la vanne, c'est-à-dire son comportement dynamique, par exemple sa vitesse d'ouverture, dépend de la section d'ouverture maximale de la vanne choisie.
Le dispositif de refroidissement n'aura donc pas le même comportement dynamique selon que l'utilisateur choisit l'une ou l'autre des deux vannes disponibles pour réaliser le dispositif de refroidissement, ce qui rend le contrôle de la température des gaz circulant en aval de ce dispositif d'autant plus difficile et diminue la répétabilité des mesures effectuées sur le banc d'essai.
OBJET DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de proposer un nouveau dispositif de refroidissement d'un conduit d'un banc d'essai d'un moteur, permettant un suivi plus précis et plus rapide de la consigne de température des gaz circulant dans le conduit en aval du dispositif de refroidissement lors des essais.
A cet effet, on propose selon l'invention un dispositif de refroidissement tel que défini en introduction, comportant une deuxième canalisation dans laquelle circule un liquide de refroidissement et qui débouche sur une deuxième rampe de ruissellement adaptée à faire ruisseler une partie du liquide circulant dans cette canalisation sur ledit conduit du banc d'essai, et une deuxième vanne disposée sur ladite deuxième canalisation, en amont de la deuxième rampe de ruissellement, dont l'ouverture est commandée par un deuxième dispositif de commande indépendant du premier. Ainsi, grâce à l'invention, les deux vannes disponibles sur le banc d'essai sont utilisées pour acheminer le liquide de refroidissement qui arrose le conduit dans lequel circule le gaz à refroidir. Celle des deux vannes disponibles qui présentent la plus grande section d'ouverture peut ainsi être utilisée pour un réglage grossier et rapide du débit de liquide de refroidissement, tandis que la vanne présentant la plus petite section d'ouverture est utilisée pour un réglage plus fin de ce débit. Le suivi de la consigne de température est ainsi plus précis.
En pratique, la vanne présentant la plus grande section d'ouverture maximale est ouverte de manière à ce que le liquide qui la traverse réalise la plus grande partie du refroidissement des gaz nécessaire pour atteindre la température de consigne. Le réglage fin de la deuxième vanne nécessaire pour atteindre précisément la température de consigne est ainsi plus rapide à réaliser et la réactivité du dispositif de refroidissement est ainsi améliorée. En outre, cette réactivité du dispositif reste constante au cours des essais et la répétabilité des mesures est améliorée. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif de refroidissement selon l'invention sont les suivantes : - il est prévu au moins un régulateur de pression disposé en amont des première et deuxième vannes, adapté à réguler la pression du liquide circulant dans au moins l'une des première et deuxième canalisations ; - un régulateur de pression est disposé sur chacune des première et deuxième canalisations ; - les première et deuxième canalisations sont alimentées en liquide de refroidissement en amont des première et deuxième vannes par une canalisation d'arrivée de liquide de refroidissement unique - ledit premier dispositif de commande comporte un régulateur proportionnel intégrateur dérivateur ; - il est prévu un capteur de température disposé dans le conduit du banc d'essai, en aval desdites rampes de ruissellement, et dans lequel ledit premier dispositif de commande commande l'ouverture de ladite première vanne en fonction de la température mesurée par ce capteur ; - ledit premier dispositif de commande commande l'ouverture de la première vanne en fonction de l'écart entre la température mesurée par ledit capteur et une température de consigne prédéterminée ; - ledit deuxième dispositif de commande commande l'ouverture de la deuxième vanne à une valeur prédéterminée ; - ladite valeur prédéterminée est déterminée en fonction du point de fonctionnement du moteur ; et, - la première vanne présente une section d'ouverture maximale inférieure à la section d'ouverture maximale de la deuxième vanne. 2950693 DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. 5 Sur le dessin annexé, la figure unique est une vue schématique d'une partie d'un banc d'essai d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, vu de dessous. Dans la description, les termes « amont » et « aval » seront utilisés en référence au sens d'écoulement des gaz dans le banc d'essai. 10 Sur la figure unique, on a représenté schématiquement un conduit d'admission 10 d'un banc d'essai 1 d'un moteur. Ce conduit d'admission 10 achemine du gaz prélevé à l'extérieur du banc moteur 1 vers la chambre de combustion (non représentée) de ce banc moteur 1, qui est par ailleurs alimentée en carburant par un injecteur de carburant. Les gaz 15 issus de la combustion du carburant dans la chambre de combustion sont évacués par un conduit d'échappement non représenté. Les gaz circulant dans le conduit d'admission 10 sont comprimés par un compresseur 2 d'un turbocompresseur comportant une turbine entraînante (non représentée) disposée sur le conduit d'échappement. Les gaz d'échappement qui 20 circulent à travers cette turbine entraînante la mettent en rotation, et celle-ci entraîne le compresseur 2. La compression des gaz circulant dans le conduit d'admission 10 ayant pour effet de les réchauffer, un échangeur air-air 3 est disposé sur le trajet du conduit d'admission 10, en aval du compresseur 2, pour les refroidir. 25 Cet échangeur air-air 3 est constitué d'une partie du conduit d'admission 10 qui présente une forme en zig-zag et impose ainsi un parcours sinueux au gaz circulant dans ce conduit d'admission 10. Il pourrait en variante être constitué par un tube droit recouvert extérieurement d'ailettes et imposant aux gaz un parcours rectiligne et sans obstacle. Ce parcours sinueux ou ces ailettes augmentent la 30 surface d'échange thermique entre le gaz et la paroi du conduit d'admission 10, qui est refroidie par l'air ambiant. Afin de refroidir plus efficacement encore la paroi du conduit d'admission 10 au niveau de l'échangeur air-air, il est prévu un dispositif 60 de refroidissement par liquide de refroidissement. 35 Le liquide de refroidissement est ici de l'eau. Cette eau peut avantageusement provenir d'un circuit d'eau industrielle. Alternativement, il peut s'agir de tout liquide de refroidissement connu de l'homme du métier.
Ce dispositif 60 comporte une canalisation d'arrivée d'eau 20 reliée audit circuit d'eau industrielle (non représenté) qui se sépare en deux canalisations 21, 22 dans lesquelles circule l'eau et qui débouchent chacune sur une rampe 23, 24 de ruissellement adaptée à faire ruisseler une partie de l'eau circulant dans chaque canalisation 21, 22 sur ledit conduit d'admission 10 du banc d'essai 1. Chacune des deux rampes 23, 24 de ruissellement se présente sous la forme d'un tuyau de section carrée disposé au-dessus du conduit d'admission 10 à refroidir. La face 231, 241 de chaque rampe 23, 24 de ruissellement qui est disposée en vis-à-vis de ce conduit d'admission 10 est percée d'orifices 230, 240 d'écoulement, à la manière d'un arrosoir. Le conduit d'admission 10 étant représenté vu de dessous sur la figure unique, la face 231, 241 des rampes de ruissellement visible sur la figure unique est la face disposée en vis-à-vis du conduit d'admission 10 et qui comporte les orifices 230, 240. Une partie de l'eau circulant dans chaque rampe 23, 24 s'écoule à travers ces orifices 230, 240 et ruisselle sur le conduit d'admission 10. L'eau qui ne s'écoule pas à travers les orifices 230, 240 est évacuée des rampes 23, 24 par des canalisations d'évacuation 25, 26. Ces canalisations d'évacuation 25, 26 ramènent par exemple l'eau audit circuit d'eau industrielle relié à la canalisation d'arrivée d'eau 20. Le débit d'eau s'écoulant à travers chaque rampe 23, 24 de ruissellement est ajusté en faisant varier la section d'ouverture d'une vanne 31, 32 motorisée disposée en amont de la rampe 23, 24 correspondante, sur la canalisation 21, 22 correspondante. Ces deux vannes 31, 32 présentent des sections maximales d'ouverture différentes. Une première vanne 31 des deux vannes 31, 32 est disposée sur une première canalisation 21 des deux canalisations 21, 22. L'ouverture de cette première vanne 31 est commandée par un premier 30 dispositif de commande 50. Ce premier dispositif de commande 50 reçoit des informations transmises par différents composant du moteur et/ou du banc d'essai, qui lui indique notamment le point de fonctionnement du moteur à chaque instant. Ce premier dispositif de commande 50 comporte un capteur de 35 température 52 disposé dans le conduit d'admission 10, en aval de l'échangeur air-air 3, c'est-à-dire en aval de la partie du conduit d'admission 10 située sous les rampes 23, 24 de ruissellement.
II comporte également une unité de commande électronique 51 comprenant une mémoire dans laquelle sont enregistrées les températures de consigne des gaz circulant dans le conduit d'admission 10 en aval de l'échangeur air-air 3 correspondant à chaque point de fonctionnement du moteur.
Cette unité de commande électronique 51 comporte également un régulateur proportionnel intégrateur dérivateur qui est programmé pour ajuster à chaque instant la section d'ouverture de la première vanne 31 en fonction de l'écart entre la température mesurée par le capteur 52 et la température de consigne enregistrée dans la mémoire correspondant au point de fonctionnement du moteur étudié à cet instant. La deuxième vanne 32 est disposée sur la deuxième canalisation 22, et son ouverture est commandée par un deuxième dispositif de commande 40 indépendant du premier dispositif de commande 50. Ce deuxième dispositif de commande 40 reçoit des informations transmises par différents composant du moteur et/ou du banc d'essai, qui lui indique notamment le point de fonctionnement du moteur à chaque instant. Cette deuxième vanne 32 présente de préférence une section d'ouverture maximale supérieure à la section d'ouverture maximale de la première vanne 31 Ce deuxième dispositif de commande 40 comporte en mémoire des valeurs prédéterminées de la section d'ouverture de la deuxième vanne 32 en fonction du point de fonctionnement étudié du moteur. II est programmé pour ajuster la section d'ouverture de la deuxième vanne 32 à la valeur prédéterminée correspondant au point de fonctionnement du moteur.
Dans un cas particulier très simple, la section d'ouverture de la deuxième vanne 32 est par exemple fixée à une même valeur prédéterminée pour tous les points de fonctionnement du moteur. La deuxième vanne 32 est ainsi par exemple maintenue ouverte à la moitié de sa section d'ouverture maximale pendant toute la durée d'un essai.
La valeur prédéterminée de l'ouverture de la deuxième vanne 32 est déterminée lors d'une étape de calibrage pendant laquelle la première vanne 31 est maintenue fermée, à chaque point de fonctionnement du moteur. Ce calibrage est réalisé pour chaque moteur étudié. A chaque point de fonctionnement, la valeur prédéterminée de la section d'ouverture de la deuxième vanne 32 est de préférence telle que la température des gaz circulant dans le conduit d'admission 10 en aval du dispositif 60 de refroidissement soit légèrement supérieure à la température de consigne.
Les première et deuxième rampes 23, 24 de ruissellement sont de préférence distinctes l'une de l'autre afin que la circulation d'eau dans l'une des rampes ne soit pas perturbé par la circulation d'eau dans l'autre rampe. De manière avantageuse, il est prévu sur la canalisation d'arrivée d'eau 20 un régulateur de pression 70. Ce régulateur de pression 70 est ainsi disposé en amont des première et deuxième vannes 31, 32 et atténue les variations de pression dans l'écoulement d'eau les traversant. Le débit d'eau traversant chaque vanne 31, 32 pour une section d'ouverture donnée de la vanne 31, 32 ne dépend plus alors que de la section d'ouverture de cette vanne. II est alors connu précisément et est stable dans le temps. Le refroidissement du conduit d'admission est ainsi effectué de manière répétable. En variante, on peut prévoir que chacune des première et deuxième canalisation soit alimentée en eau de manière indépendante, par exemple par deux canalisations d'arrivée d'eau indépendantes. Dans ce cas, il est prévu un régulateur de pression sur chacune des première et deuxième canalisations, en amont de la vanne correspondante. On peut également prévoir que seule l'une des deux canalisations comporte un régulateur de pression en amont de la vanne correspondante. En pratique, lors d'un essai dynamique du moteur sur le banc d'essai, le moteur est étudié sur une rampe de point de fonctionnement : on fait évoluer continument le régime et la charge du moteur. La température de consigne du moteur dépendant de son point de fonctionnement, cette température de consigne varie également pendant l'essai. Lors d'un essai statique, un seul point de fonctionnement du moteur est étudié et la température de consigne reste constante. Quel que soit le type d'essai réalisé, grâce au dispositif selon l'invention, la température de consigne est atteinte plus rapidement et de manière plus fiable, ce qui entraîne une meilleur répétabilité des essais. En outre, le réservoir d'eau utilisé peut être un circuit d'eau industrielle dont la température est ainsi mieux régulé grâce à la circulation permanent de l'eau dans le dispositif 60 de refroidissement. Selon un procédé de refroidissement conforme à l'invention, pour que la température des gaz circulant dans le conduit d'admission en aval de l'échangeur atteigne la valeur de consigne, le premier dispositif de commande 50 commande l'ouverture de la première vanne 31 en fonction de l'écart entre la température des gaz mesurée par le capteur 52 et la température de consigne correspondant au point de fonctionnement du moteur, et le deuxième dispositif de commande 40 commande l'ouverture de la deuxième vanne 32 selon la section d'ouverture prédéterminée correspondant au point de fonctionnement du moteur.
Ces deux étapes sont réalisées de préférence simultanément afin d'atteindre très rapidement la valeur de consigne. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. On peut par exemple envisager un dispositif selon l'invention dans lequel lesdites première et deuxième rampes de ruissellement sont confondues. Le dispositif de refroidissement selon l'invention peut être utilisé pour refroidir le gaz circulant dans une partie de n'importe quel conduit du banc d'essai, par exemple le conduit d'admission ou d'échappement ou un autre conduit de dérivation.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Dispositif (60) de refroidissement du gaz circulant dans un conduit (10) d'un banc d'essai (1) d'un moteur à combustion interne, ce dispositif (60) 5 comportant une première canalisation (21) dans laquelle circule un liquide de refroidissement et qui débouche sur une première rampe (23) de ruissellement adaptée à faire ruisseler une partie du liquide circulant dans cette canalisation (21) sur ledit conduit (10) du banc d'essai (1), et 10 - une première vanne (31) disposée sur ladite première canalisation (21), en amont de la première rampe (23) de ruissellement, dont l'ouverture est commandée par un premier dispositif de commande (50), caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième canalisation (22) dans laquelle circule un liquide de 15 refroidissement et qui débouche sur une deuxième rampe (24) de ruissellement adaptée à faire ruisseler une partie du liquide circulant dans cette canalisation (22) sur ledit conduit (10) du banc d'essai (1), et une deuxième vanne (32) disposée sur ladite deuxième canalisation (22), en amont de la deuxième rampe (24) de ruissellement, dont l'ouverture est 20 commandée par un deuxième dispositif de commande (40) indépendant du premier.
- 2. Dispositif (60) selon la revendication précédente, dans lequel il est prévu au moins un régulateur (70) de pression disposé en amont des première et deuxième vannes (31, 32), adapté à réguler la pression du liquide circulant dans 25 au moins l'une des première et deuxième canalisations (21, 22).
- 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel un régulateur de pression est disposé sur chacune des première et deuxième canalisations.
- 4 Dispositif (60) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les première et deuxième canalisations (21, 22) sont alimentées en liquide de 30 refroidissement en amont des première et deuxième vannes (31, 32) par une canalisation d'arrivée de liquide de refroidissement (20) unique.
- 5. Dispositif (60) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit premier dispositif de commande (50) comporte un régulateur proportionnel intégrateur dérivateur. 35
- 6. Dispositif (60) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu un capteur de température (52) disposé dans le conduit (10) du banc d'essai (1), en aval desdites rampes (23, 24) de ruissellement, et dans lequel leditpremier dispositif de commande (50) commande l'ouverture de ladite première vanne (31) en fonction de la température mesurée par ce capteur (52).
- 7. Dispositif (60) selon la revendication 6, dans lequel ledit premier dispositif de commande (50) commande l'ouverture de la première vanne (31) en fonction de l'écart entre la température mesurée par ledit capteur (52) et une température de consigne prédéterminée.
- 8. Dispositif (60) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit deuxième dispositif de commande (40) commande l'ouverture de la deuxième vanne (32) à une valeur prédéterminée.
- 9. Dispositif (60) selon la revendication précédente, dans lequel ladite valeur prédéterminée est déterminée en fonction du point de fonctionnement du moteur.
- 10. Dispositif (60) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première vanne (31) présente une section d'ouverture maximale inférieure à la section d'ouverture maximale de la deuxième vanne (32).
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