WO2015055969A1 - Procédé et dispositif de mesure de polluants contenus dans l'échappement d'un moteur - Google Patents

Procédé et dispositif de mesure de polluants contenus dans l'échappement d'un moteur Download PDF

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Nadine Alice Hélène HARIVEL
Jean-Luc Verniau
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Definitions

  • such a measurement device comprises a certain number of drawbacks that today must be solved in order to be able to make more reliable, faster and easier measurements.
  • the time to perform pollutant measurements with such a cross probe is very long, which is due in particular to the fact that it is imperative to establish in advance of each measurement a detailed mapping of the output section of the exhaust flow, which is highly dependent on the engine studied, and must therefore be established again for each new engine.
  • Such a cross probe also has the major disadvantage of requiring a very specific design and dimensioning engine studied, and more specifically to the output section of the exhaust flow of said engine. It is thus necessary to manufacture a new device, frame and cross probe, for each new engine tested, which is not economically viable, and which is also time consuming.
  • such a device has a large footprint which makes its manipulations difficult.
  • it allows a measurement of pollutants, in a reasonable time, only on a limited number of sampling points of the sampling surface, making the measurements of pollutants less reliable.
  • an analysis unit coupled to the probe to perform a characteristic data acquisition of the exhaust flow taken by the probe; Controlling a displacement of the probe to impart a continuous displacement of the sampling orifice along a trajectory specific to the sampling surface, while continuing the sampling and acquisition of characteristic data of the exhaust flow taken by the probe;
  • the displacement of the probe is controlled so that its trajectory corresponds to a surface scan per unit time constant.
  • the data acquired by the analysis unit is correlated with the position of the sampling port of the probe.
  • the method comprises a preliminary step of activating the probe to begin a sampling of gas at the sampling port towards the analysis unit.
  • a measuring device for implementing the above method.
  • control unit is provided to impart a displacement to the probe with a trajectory corresponding to a surface scan per unit time constant.
  • the analysis unit comprises at least one filter for capturing fumes present in the exhaust stream.
  • the robot 2 with its articulated arm 20 are provided to allow the probe 1 to be moved at different points at the output of the engine 3. More specifically, the robot 2 comprises means for positioning the sampling port 10 of the probe 1 at different points of a sampling surface 5 at the output of the engine.
  • the sampling surface 5 is defined beforehand and corresponds to the surface area representative of the zone where the pollutants are to be measured. This sampling surface 5 has a shape that is generally dependent on the outlet section of the exhaust stream coming from the engine 3.
  • the sampling surface 5 is preferably plane, in which case it is referred to as a sampling plan.
  • the robot 2 is such as to position the sampling port 10 of the probe 1 at all points of the sampling surface defined at the output of the engine.
  • the probe 1 also comprises a rigid envelope which surrounds the tubular body 1 1 transport.
  • This rigid envelope makes it possible in particular to protect the hot gas transport tube and to stiffen the probe 1 as such.
  • the probe 1 is made of steel and has a sampling orifice 10 having an opening 3 mm in diameter.
  • the probe 1 may for example have an overall length of the order of 70 cm.
  • the probe 1 comprises a suction system for circulating the gases taken at the sampling orifice in a set of ducts (s) to a unit of analysis provided for analyzing the gases taken. by the probe.
  • the analysis unit may for example be a non-dispersive absorption analyzer for infrared radiation for CO or CO 2 analysis, and / or a flame ionization hydrocarbon analyzer, and / or a chemiluminescence analyzer for analysis. NO and NOx. According to these examples, it generally also provides a computer system for recording analyzer analysis data.
  • the analyzer used in the analysis unit allows itself to record the characteristic data of the exhaust stream.
  • the analyzer in the form of a filter, this filter accumulating the characteristic data of the solids contained in the flow of escapement, achieving at the same time a continuous acquisition of these characteristic data.
  • one or more analyzers are arranged at the probe, for example at the outlet of the sampling probe 1 as illustrated in FIG.
  • This control unit 21 is designed to impart a continuous displacement of the sampling orifice 10 of the probe 1 along a path specific to the sampling surface. This trajectory of displacement is defined specifically according to the desired measurements, as is explained later in the text.
  • the sampling probe can be very quickly retracted into a retracted position, in a few seconds, for example to position it outside the exhaust stream if a risk of burns is detected, which ensures better safety.
  • the continuous displacement of the probe 1 and the continuous acquisition of characteristic data of the exhaust flow taken by this probe 1 have the advantage of allowing a detailed analysis of the pollutants present at a given point of the sampling surface in a continuous manner. , that is to say without having to wait for a dead time where no analysis is possible, this dead time corresponding to the time required for the flow to reach the analyzer from the sampling port. Indeed, with the proposed measurement method, the stream to be analyzed arrives continuously at the level of the analysis unit and the data acquisitions are successive, shifted in time without dead time between each significant acquisition.
  • a circle trajectory is for example formed of several concentric circles of different radii and of one or more segments connecting two adjacent circles.
  • the circle trajectory shown in Figure 3 comprises four concentric circles C1, C2, C3, C4, where two adjacent circles are connected by a single segment.
  • the data acquired by the analysis unit is processed to determine the nature and concentration of gas contained in the exhaust stream taken.
  • This treatment can be carried out by any type of known method and at the disposal of the person skilled in the art.

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de mesure de polluants contenus dans un flux d'échappement en sortie d'un moteur, comprenant les étapes consistant à : Positionner une sonde de sorte qu'un orifice de prélèvement de ladite sonde soit placé sur une surface d'échantillonnage prévue à la sortie du moteur dans le flux d'échappement, et prélever le flux d'échappement avec ladite sonde; Activer une unité d'analyse couplée à la sonde pour effectuer une acquisition de données caractéristiques du flux d'échappement prélevé par la sonde; Commander un déplacement de la sonde pour impartir un déplacement continu de l'orifice de prélèvement selon une trajectoire spécifique sur la surface d'échantillonnage avec un balayage surfacique par unité de temps constant, tout en continuant le prélèvement et l'acquisition de données caractéristiques du flux d'échappement prélevé par la sonde; - Traiter les données acquises par l'unité d'analyse pour mesurer les polluants présents dans le flux d'échappement. L'invention porte également sur un dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé de mesure.

Description

Procédé et dispositif de mesure de polluants contenus
dans l'échappement d'un moteur
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne la mesure de polluants, et plus particulièrement la mesure de polluants présents dans les échappements en sortie de moteurs, par exemple dans les échappements de moteurs d'avion. ETAT DE LA TECHNIQUE
Le contexte environnemental actuel fait qu'il est aujourd'hui nécessaire de connaître avec précision les polluants émis dans tout type de domaine, en particulier les polluants émis par les moteurs.
Il est par exemple bien connu que l'aviation a un impact assez négatif vis-à-vis du réchauffement climatique, qui tend à s'aggraver à mesure que le trafic aérien augmente. Pour limiter et contrôler ces problèmes de pollution, il a été mis en place des normes nécessitant de connaître avec précision les émissions de polluants afin notamment de pouvoir certifier les moteurs avant qu'ils puissent être commercialisés. Ainsi par exemple, l'Organisation de l'Aviation Civile Internationale (OACI) impose aux motoristes d'effectuer un certain nombre d'essais et de mesures dans un cadre très spécifique pour connaître avec précision les polluants émis par les moteurs, que ce soient les concentrations moyennes des polluants dans l'espace à la sortie des moteurs ou encore les concentrations détaillées des polluants éjectés par le moteur. Ainsi, la chaîne de prélèvement et d'analyse doit respecter la norme définie par l'OACI pour qu'un moteur soit certifié. Dans ce cadre, les polluants étudiés sont soit gazeux (CO, C02, NO et imbrûlés CHx) soit solides (fumées, particules).
Les contraintes de prélèvement du flux d'échappement pendant les essais sont très fortes, et la sonde de prélèvement utilisée est baignée dans un milieu très hostile. Les gaz s'écoulent en effet à des vitesses pouvant atteindre 300 m/s (flux mélangés), avec des températures pouvant aller jusqu'à 420 K, les gradients de concentration associés aux différents polluants pouvant en outre être très élevés. Par ailleurs, le moteur à caractériser peut parfois être suspendu dans le banc d'essai à plusieurs mètres de hauteur, ce qui vient encore compliquer le travail.
Il a été proposé des dispositifs permettant de mesurer certains composants d'un flux d'échappement circulant dans une conduite. Le document US 201 1/01 13899 propose par exemple un dispositif comprenant une cheminée d'échappement destinée à être couplée à la conduite d'échappement d'un moteur, cette cheminée d'échappement intégrant une sonde de prélèvement montée mobile en translation transversale et en rotation selon son axe propre. Un tel dispositif permet donc de prélever des échantillons à analyser en plusieurs points de la cheminée, mais selon des positions limitées, ne permettant notamment pas de sonder l'ensemble de la section du flux d'échappement. En outre, un tel dispositif ne peut pas être utilisé dans les conditions contraintes des essais de moteurs citées précédemment.
Un dispositif de mesure qui a été longtemps utilisé pour faire des tests d'émission de polluants dans de telles conditions contraintes consiste en une sonde en croix. Plus précisément, ce dispositif comprend un bâti circulaire dont les dimensions sont choisies pour correspondre sensiblement à la section de sortie du flux d'échappement, la sonde de prélèvement étant formée de quatre bras ou plus montés sur le bâti circulaire vers l'intérieur de manière à former une croix. Chacun de ces bras comprend plusieurs orifices de prélèvement du flux d'échappement souvent sous la forme d'aiguilles associées à un système d'aspiration. Un tel dispositif de mesure permet ainsi de prélever le flux d'échappement immédiatement en sortie du moteur en plusieurs points en même temps au niveau de la surface d'échantillonnage choisie. Ce dispositif n'est toutefois pas adapté pour prendre des mesures du flux d'échappement en tout point du plan d'échantillonnage. Ainsi, avant les étapes de mesure en tant que telles, il est nécessaire d'effectuer une cartographie pour analyser globalement la section de sortie du flux d'échappement et ainsi de déterminer les éventuelles zones inhomogènes qui viendraient fausser des mesures effectuées en un nombre réduit de points de prélèvement. Cette cartographie permet donc de choisir le positionnement de la sonde en croix par rapport à la section de sortie du flux d'échappement. Pour faciliter ce positionnement, l'anneau portant les bras formant la sonde peut en général être tourné grâce à un système indexable.
Un tel dispositif de mesure comprend toutefois un certain nombre d'inconvénients qu'il convient aujourd'hui de résoudre pour pouvoir effectuer des mesures plus fiables, plus rapides et plus facilement. En particulier, le temps pour effectuer des mesures de polluants avec une telle sonde en croix est très long, ce qui est dû notamment au fait qu'il est impératif d'établir au préalable de chaque mesure une cartographie détaillée de la section de sortie du flux d'échappement, qui est fortement dépendante du moteur étudié, et qui doit en conséquence être établie de nouveau pour chaque nouveau moteur. Une telle sonde en croix présente en outre l'inconvénient majeur de nécessiter un design et un dimensionnement très spécifiques au moteur étudié, et plus précisément à la section de sortie du flux d'échappement dudit moteur. Il est ainsi nécessaire de fabriquer un nouveau dispositif, bâti et sonde en croix, pour chaque nouveau moteur testé, ce qui n'est économiquement pas viable, et qui est en outre consommateur de temps. En outre, un tel dispositif a un fort encombrement ce qui rend ses manipulations difficiles. Enfin, comme on l'a précisé plus haut, il ne permet une mesure de polluants, en un temps raisonnable, que sur un nombre limité de points de prélèvement de la surface d'échantillonnage, rendant les mesures de polluants moins fiables.
Le document US 3,885,437 décrit un dispositif de mesure de polluants qui permet un échantillonnage sur une section étendue du flux de gaz à analyser. En particulier, le dispositif proposé est agencé à l'intérieur d'une conduite dans laquelle s'écoule le gaz à analyser, et consiste en une sonde de prélèvement montée en translation sur un bras qui peut lui-même tourner autour de l'axe longitudinal de la conduite. La sonde de prélèvement décrit un mouvement en spiral d'Archimède lors du prélèvement de gaz. Un tel dispositif ne répond toutefois pas aux contraintes d'essais évoquées précédemment. En particulier, ce dispositif ne permet pas d'analyser les gaz en sortie immédiate du moteur, puisqu'il doit être installé à l'intérieur d'une conduite. En outre, il a un fonctionnement et une configuration ne lui permettant pas d'être adaptable à tous types de conduites et/ou moteurs. Enfin, même s'il permet un prélèvement de gaz sur une surface étendue de la section du flux de gaz, l'analyse des données prélevées reste longue et complexe à mettre en œuvre.
Un but de la présente invention est donc de proposer un procédé et un dispositif de mesure de polluants contenus dans l'échappement à la sortie d'un moteur qui permettent de résoudre au moins l'un des inconvénients précités.
Plus précisément, un but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif de mesure de polluants contenus dans l'échappement à la sortie d'un moteur permettant d'effectuer des mesures de polluants fiables, très représentatives du flux d'échappement étudié, et ce en un temps global réduit par rapport aux procédé et dispositif existants.
Encore un but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif de mesure de polluants contenus dans l'échappement à la sortie d'un moteur qui ne nécessitent pas de cartographie préalable de la section de sortie du flux d'échappement.
EXPOSE DE L'INVENTION
A cette fin, on propose un procédé de mesure de polluants contenus dans un flux d'échappement en sortie d'un moteur, comprenant les étapes consistant à :
Positionner une sonde de sorte qu'un orifice de prélèvement de ladite sonde soit placé sur une surface d'échantillonnage prévue à la sortie du moteur dans le flux d'échappement, et prélever le flux d'échappement avec ladite sonde ;
- Activer une unité d'analyse couplée à la sonde pour effectuer une acquisition de données caractéristiques du flux d'échappement prélevé par la sonde ; Commander un déplacement de la sonde pour impartir un déplacement continu de l'orifice de prélèvement selon une trajectoire spécifique à la surface d'échantillonnage, tout en continuant le prélèvement et l'acquisition de données caractéristiques du flux d'échappement prélevé par la sonde ;
- Traiter les données acquises par l'unité d'analyse pour mesurer les polluants présents dans le flux d'échappement.
De préférence, le déplacement de la sonde est commandé pour que sa trajectoire corresponde à un balayage surfacique par unité de temps constant.
Des aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé, pris seuls ou en combinaison, sont les suivants :
le déplacement de la sonde est commandé pour impartir un déplacement continu de l'orifice de prélèvement selon une trajectoire spécifique en cercles, ladite trajectoire spécifique en cercles étant formée de plusieurs cercles concentriques de différents rayons et d'au moins un segment reliant chaque cercles adjacents, les cercles étant parcourus l'un après l'autre vers l'intérieur ou vers l'extérieur par rapport au centre.
la trajectoire spécifique en cercles est définie en divisant la surface d'échantillonnage en une pluralité de couronnes concentriques ayant toute une aire identique, chaque cercle de la trajectoire spécifique en cercles correspondant au cercle du milieu de chaque couronne.
la vitesse de déplacement de l'orifice de prélèvement de la sonde est adaptée pour chaque cercle de la trajectoire spécifique en cercles, de manière à ce que chaque cercle soit parcouru pendant la même durée.
les données caractéristiques du flux d'échappement prélevé par la sonde sont acquises à la même fréquence pendant toute la mesure.
les données acquises par l'unité d'analyse sont traitées pour déterminer la nature et la concentration de gaz contenus dans le flux d'échappement prélevé.
les données acquises par l'unité d'analyse sont traitées pour déterminer la nature et la quantité de fumées contenues dans le flux d'échappement prélevé.
on utilise un filtre pour acquérir les données caractéristiques de fumées contenues dans le flux d'échappement prélevé, le filtre étant ensuite étudié pour mesurer les fumées présentes dans le flux d'échappement sur l'ensemble de la surface d'échantillonnage.
les données acquises par l'unité d'analyse sont traitées en corrélation avec la position de l'orifice de prélèvement de la sonde. le procédé comprend une étape préalable d'activation de la sonde pour commencer un prélèvement de gaz au niveau de l'orifice de prélèvement en direction de l'unité d'analyse. Selon un autre aspect, on propose un dispositif de mesure permettant de mettre en œuvre le procédé ci-dessus.
Plus précisément, on propose un dispositif de mesure de polluants contenus dans un flux d'échappement à la sortie d'un moteur, caractérisé en ce qu'il comprend :
une unique sonde ayant un unique orifice de prélèvement du flux d'échappement ; - un robot comprenant un bras articulé sur lequel est montée ladite sonde, le robot comprenant en outre des moyens pour positionner l'orifice de prélèvement de la sonde en différents points d'une surface d'échantillonnage en sortie du moteur ; une unité d'analyse prévue pour effectuer une acquisition continue de données caractéristiques du flux d'échappement prélevé par la sonde ;
- une unité de commande du robot prévue pour impartir un déplacement continu de l'orifice de prélèvement de la sonde selon une trajectoire spécifique à la surface d'échantillonnage ;
une unité de traitement prévue pour traiter les données acquises par l'unité d'analyse pour mesurer les polluants présents dans le flux d'échappement.
De préférence, l'unité de commande est prévue pour impartir un déplacement à la sonde avec une trajectoire correspondant à un balayage surfacique par unité de temps constant.
Des aspects préférés mais non limitatifs de ce dispositif, pris seuls ou en combinaison, sont les suivants :
l'unité d'analyse comprend un analyseur à absorption non dispersive du rayonnement pour une analyse de CO ou C02, et/ou un analyseur d'hydrocarbures par ionisation de flamme, et/ou un analyseur par chimiluminescence pour une analyse de NO ou NOx.
- l'unité d'analyse comprend au moins un filtre pour capturer des fumées présentes dans le flux d'échappement.
DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 représente un dispositif de mesure de polluants selon l'invention placé en sortie d'un moteur ;
la figure 2 représente une sonde de prélèvement utilisée dans le dispositif de la figure 1 ;
- la figure 3 représente la trajectoire en cercles pouvant être parcourue par la sonde de prélèvement pour effectuer les mesures de polluants ;
la figure 4 représente les anneaux à iso-section permettant de déterminer la trajectoire en cercles à faire effectuer à la sonde de prélèvement. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Comme illustré à la figure 1 , il est proposé d'utiliser un dispositif de mesure de polluants ayant comme caractéristique principale d'avoir une sonde 1 mobile comprenant un unique orifice de prélèvement 10 du flux d'échappement.
Cette sonde 1 , pouvant également être appelée sonde de prélèvement, est montée sur le bras articulé 20 d'un robot 2. Le robot 2 comprenant la sonde 1 est destiné à être positionné à la sortie d'un moteur 3 dont on cherche à mesurer les polluants émis dans le flux d'échappement. Comme illustré sur la figure 1 , le moteur 3 peut par exemple être maintenu sur un bâti 4 ou être suspendu, la sonde 1 portée par le robot 2 étant alors positionnée dans la continuité du moteur 3.
Le robot 2 avec son bras articulé 20 sont prévus pour permettre à la sonde 1 d'être déplacée en différents points au niveau de la sortie du moteur 3. Plus précisément, le robot 2 comprend des moyens pour positionner l'orifice de prélèvement 10 de la sonde 1 en différents points d'une surface d'échantillonnage 5 en sortie du moteur.
La surface d'échantillonnage 5 est définie au préalable et correspond à la surface représentative de la zone où les polluants sont à mesurer. Cette surface d'échantillonnage 5 a une forme généralement dépendante de la section de sortie du flux d'échappement provenant du moteur 3. La surface d'échantillonnage 5 est de préférence plane, auquel cas on parle de plan d'échantillonnage.
Lorsque la section de sortie des échappements est circulaire, on pourra par exemple utiliser une surface d'échantillonnage 5 plane ayant une forme de disque.
De préférence, le robot 2 est tel qu'il permet de positionner l'orifice de prélèvement 10 de la sonde 1 en tous points de la surface d'échantillonnage définie en sortie du moteur.
Selon un mode de réalisation illustré à la figure 2, la sonde 1 mono-orifice utilisée comprend un orifice de prélèvement 10 se présentant sous la forme d'une aiguille conique. La sonde peut en outre comprendre un corps tubulaire 1 1 à travers lequel le flux d'échappement prélevé circule depuis l'entrée de la sonde au niveau de l'orifice de prélèvement jusqu'à être analysé.
De préférence la sonde 1 comprend également une enveloppe rigide qui vient entourer le corps tubulaire 1 1 de transport. Cette enveloppe rigide permet en particulier de protéger le tube de transport des gaz chauds et de rigidifier la sonde 1 en tant que telle.
Selon un exemple de réalisation spécifique, la sonde 1 est en acier et elle présente un orifice de prélèvement 10 ayant une ouverture de 3 mm de diamètre. La sonde 1 peut par exemple avoir une longueur globale de l'ordre de 70 cm.
De manière classique, la sonde 1 comprend un système d'aspiration permettant de faire circuler les gaz prélevés au niveau de l'orifice de prélèvement dans un ensemble de conduit(s) jusqu'à une unité d'analyse prévue pour analyser les gaz prélevés par la sonde.
Le dispositif de mesure présenté comprend donc également une unité d'analyse qui est prévue pour effectuer une acquisition continue de données caractéristiques du flux d'échappement prélevé par la sonde 1.
Une telle unité d'analyse peut comprendre divers type d'analyseur(s) en fonction du type et de la nature du polluant que l'on cherche à mesurer. L'acquisition de données caractéristiques du flux d'échappement peut être faite par l'analyseur lui-même ou par un dispositif d'acquisition spécifique qui permet d'enregistrer les données reçues par l'analyseur.
Lorsque l'on cherche à mesurer des polluants gazeux, les analyseurs sont en effet généralement couplés à un dispositif permettant d'enregistrer les données d'analyse.
L'unité d'analyse peut par exemple être un analyseur à absorption non dispersive du rayonnement infrarouge pour une analyse de CO ou C02, et/ou un analyseur d'hydrocarbures par ionisation de flamme, et/ou un analyseur par chimiluminescence pour une analyse de NO et NOx. Selon ces exemple, il en en général également prévu un système informatique pour enregistrer les données d'analyse des analyseurs.
Dans d'autre cas, l'analyseur utilisé dans l'unité d'analyse permet lui-même d'enregistrer les données caractéristiques du flux d'échappement. Par exemple, lorsque l'on souhaite mesurer des polluants solides, tels que des fumées ou des particules, on peut utiliser un analyseur se présentant sous la forme d'un filtre, ce filtre accumulant les données caractéristiques des solides contenus dans le flux d'échappement, réalisant du même coup une acquisition continue de ces données caractéristiques. Selon un mode de réalisation particulier, un ou plusieurs analyseurs sont agencés au niveau de la sonde, par exemple à la sortie de la sonde de prélèvement 1 comme illustré à la figure 2.
Il est par ailleurs prévu une unité de commande 21 du robot 2 qui permet d'actionner le mouvement du bras articulé 20 dudit robot 2, et ainsi déplacer la sonde 1 fixée de préférence à l'extrémité du bras articulé 20.
Cette unité de commande 21 est prévue pour impartir un déplacement continu de l'orifice de prélèvement 10 de la sonde 1 selon une trajectoire spécifique à la surface d'échantillonnage. Cette trajectoire de déplacement est définie spécifiquement selon les mesures souhaitées, comme cela est explicité plus loin dans le texte.
Il est enfin prévu une unité de traitement adaptée pour traiter les données acquises par l'unité d'analyse afin de mesurer les polluants présents dans le flux d'échappement. Cette unité de traitement permet non seulement de déterminer la nature des polluants présents dans le flux d'échappement mais également de les caractériser précisément, notamment en termes de concentration et de répartition spatiale suivant la surface d'échantillonnage.
Dans le cas d'analyseurs de gaz, l'unité de traitement peut par exemple traiter directement les données acquises/enregistrées pour en déduire les caractéristiques des polluants gazeux dans l'ensemble du flux d'échappement en sortie du moteur.
Pour une analyse de solides, de type fumées ou particules, où on utilise un analyseur sous forme de filtre, l'unité de traitement peut par exemple comprendre un réflectomètre permettant de mesurer la réflectance des particules de fumées accumulées sur les filtres. Ce dispositif permet de caractériser précisément les fumées du flux d'échappement, notamment en termes de « Smoke Number » et de répartition spatiale suivant la surface d'échantillonnage.
Le dispositif de mesure en tant que tel, et notamment l'association d'une sonde mono-orifice 1 à un robot 2, présente un certain nombre d'avantages par rapport aux dispositifs connus.
Tout d'abord, la fabrication de la sonde mono-orifice est beaucoup plus simple qu'une sonde en croix multi-orifices. Ainsi, elle est constituée d'un seul tube de transport du flux d'échappement prélevé, elle ne comporte pas de raccordements entre les tubes. Par ailleurs, elle est plus facile à isoler thermiquement qu'une sonde en croix multi-orifices car elle ne comporte qu'un seul tube de transport, ayant une forme simple. Enfin, une telle sonde mono-orifice perturbe moins le jet puisqu'elle est plus petite. L'association de la sonde au robot permet d'avoir un dispositif de mesure adapté à des moteurs de différentes tailles puisque le robot permet de déplacer aisément la sonde aux différents points de prélèvement choisis.
En outre, la sonde de prélèvement peut être très rapidement escamotée en une position de repli, en quelques secondes, par exemple pour la positionner en dehors du flux d'échappement si un risque de brûlure est détecté, ce qui garantit une meilleure sécurité.
En outre le robot est beaucoup facile d'usage qu'un dispositif de mesure de type à anneau tournant. Le robot est en effet totalement adaptable et flexible puisque l'unité de commande comprend un logiciel permettant de choisir n'importe quelle trajectoire pour la sonde. En outre, toutes les zones de la surface d'échantillonnage peuvent être explorées finement, ce qui permet d'avoir des mesures de polluants plus représentatives de la réalité.
Par ailleurs, comme on le verra plus loin, comme toute la surface d'échantillonnage peut être parcourue facilement, les analyses correspondantes en termes de polluants sont plus représentatives de la surface globale d'échantillonnage ce qui permet d'éviter une étape préalable de cartographie de la surface d'échantillonnage nécessitée uniquement par le besoin de sélection des points d'échantillonnage. Ceci est vrai quelle que soit la nature des polluants mesurés, sous forme de gaz, de fumées, voire de particules.
Le fonctionnement préféré d'un tel dispositif de mesure consiste à positionner la sonde de prélèvement 1 dans le flux F d'échappement, de préférence de manière sensiblement parallèle audit flux F (voir figure 2), et à analyser en continu les données caractéristiques du flux d'échappement prélevé par la sonde 1 .
Tout en analysant le flux prélevé par la sonde 1 , on déplace cette même sonde 1 dans le flux d'échappement de manière à pouvoir acquérir des données caractéristiques du flux en différents points de la surface d'échantillonnage.
Le déplacement continu de la sonde 1 et l'acquisition continue de données caractéristiques du flux d'échappement prélevé par cette sonde 1 présentent l'avantage de permettre une analyse détaillée des polluants présents en un point donné de la surface d'échantillonnage de façon continue, c'est-à-dire sans avoir à attendre un temps mort où aucune analyse n'est possible, ce temps mort correspondant à la durée nécessaire au flux pour atteindre l'analyseur depuis l'orifice de prélèvement. En effet, avec le procédé de mesure proposé, le flux à analyser arrive de manière continue au niveau de l'unité d'analyse et les acquisitions de données sont successives, décalées dans le temps sans temps mort entre chaque acquisition significative. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé proposé pour la mesure de polluants contenus dans un flux d'échappement en sortie d'un moteur, comprend donc une étape consistant à positionner la sonde 1 de sorte que l'orifice de prélèvement 10 correspondant soit placé sur la surface d'échantillonnage prévue à la sortie du moteur dans le flux d'échappement. Comme précisé plus haut, cette surface d'échantillonnage peut être plane, par exemple un plan d'échantillonnage en disque.
Avant ou après avoir positionné la sonde 1 , il convient de l'activer pour commencer le prélèvement. Pour ce faire, on peut par exemple mettre en route le dispositif d'aspiration le cas échéant qui permet de faire circuler des gaz depuis l'orifice de prélèvement de la sonde à travers les conduits de circulation associés.
Selon un mode de réalisation préféré, on active la sonde avant de la positionner dans le flux d'échappement, ce qui permet d'avoir une réactivité plus rapide pour les mesures. Le fait d'aspirer les gaz avant de mettre la sonde dans le flux d'échappement permet d'éviter de boucher la sonde avec les particules de fumées qui viendraient s'accumuler si la sonde était placée dans le flux d'échappement sans que l'aspiration soit activée.
En outre, il convient d'activer en parallèle l'unité d'analyse pour commencer l'acquisition de données caractéristiques du flux d'échappement prélevé par la sonde. Il est à noter que l'activation de l'acquisition est de préférence faite avant l'activation et le positionnement initial de la sonde, les données non significatives du flux d'échappement étant dans ce cas supprimées ou non-traitées.
Les acquisitions qui sont faites pendant que la sonde est activée deviennent significatives du flux d'échappement au niveau du point de positionnement de l'orifice de prélèvement 1 1 sur la surface d'échantillonnage après avoir attendu une durée au moins égale au temps mort nécessaire pour que le flux atteigne l'analyseur.
Après avoir dépassé ce temps mort, on peut commander le déplacement de la sonde 1 pour impartir un déplacement continu de l'orifice de prélèvement 1 1 selon une trajectoire spécifique à la surface d'échantillonnage, tout en continuant le prélèvement et l'acquisition de données caractéristiques du flux d'échappement prélevé par la sonde 1 . Chaque acquisition est ainsi directement exploitable, après retrait des données acquises pendant la durée initiale correspondant au temps mort, puisque le flux d'échappement arrive décalé dans le temps, ce décalage pouvant être corrélé à la vitesse de déplacement de la sonde et à sa trajectoire pour savoir à quelle position cela correspond sur la surface d'échantillonnage.
Une fois toutes les données caractéristiques du flux acquises, elles peuvent être traitées pour mesurer les polluants présents dans le flux d'échappement, et les caractériser au mieux, de façon corrélée au positionnement des prélèvements à la surface d'échantillonnage.
Le procédé de mesure proposé permet de gagner un temps significatif par rapport à des mesures effectuées de manière discrète puisque l'on supprime quasiment tous les temps morts, à l'exception du temps mort correspondant à l'acquisition de données au niveau du premier point.
La suppression des données acquises pendant le temps mort par l'unité d'analyse, notamment avec les analyseurs de gaz, est faite généralement par l'unité de traitement, en post traitement.
Lorsque l'on mesure des polluants solides, comme par exemple lorsque l'on utilise un filtre pour mesurer les fumées, on place le filtre dans les conduits de circulation du flux d'échappement en temps décalé, c'est-à-dire après avoir attendu une durée au moins égale au temps mort.
Selon le procédé de mesure proposé, on choisit une trajectoire spécifique sur laquelle on souhaite que les données caractéristiques du flux soient acquises.
Si une cartographie préalable de la section de sortie du flux d'échappement a été effectuée afin de déterminer les zones représentatives de l'échappement pour les mesures de polluants, on peut baser cette trajectoire spécifique sur ladite cartographie. Le fait d'avoir un déplacement et une acquisition continue des données caractéristiques du flux d'échappement prélevé permettra d'avoir des mesures aussi significatives, voire plus détaillées, que par une mesure avec une sonde multi-orifices.
Il n'est toutefois pas nécessaire de se limiter aux zones représentatives définies lors de la cartographie de la section de sortie du flux d'échappement, et il est en effet possible d'opter pour une trajectoire permettant de parcourir la plus grande partie de la surface d'échantillonnage, ce qui évite de faire une sélection de zones de prélèvement par rapport à la surface d'échantillonnage.
De manière préférée, on utilise un déplacement de la sonde selon une trajectoire en cercles telle qu'illustrée à la figure 3. Une telle trajectoire en cercles est par exemple formée de plusieurs cercles concentriques de différents rayons et d'un ou plusieurs segments reliant deux cercles adjacents. La trajectoire en cercles représentée à la figure 3 comprend quatre cercles concentriques C1 , C2, C3, C4, où deux cercles adjacents sont reliés par un unique segment.
La sonde est ensuite déplacée de manière à ce que l'orifice de prélèvement parcourt chaque cercle l'un après l'autre, ce qui permet à la sonde de couvrir une surface d'échantillonnage étendue, délimitée par la surface du cercle de plus grand rayon.
De préférence encore, les différents cercles sont parcourus l'un après l'autre vers l'intérieur ou vers l'extérieur par rapport à leur centre commun. La trajectoire spécifique en cercles peut être définie de différentes manières, notamment en fonction du traitement des données acquises que l'on souhaite effectuer par la suite.
Par exemple lorsque le niveau de pollution est obtenu en moyennant les données prélevées dans le plan d'échantillonnage, il est important d'avoir le même balayage surfacique par unité de temps.
A cet égard, les mesures de polluants sont de préférence effectuées à iso-section. Les prélèvements de flux d'échappement sont dans ce cas aspirés au centre de couronnes de même section (S1 = S2 = S3 = S4) pour avoir la même section surfacique par couronne, comme cela est illustré à la figure 4.
Pour définir ainsi une trajectoire en cercle à iso-section, on divise la surface d'échantillonnage en une pluralité de couronnes concentriques ayant toute une aire identique, et chaque cercle de la trajectoire spécifique en cercles correspond donc au cercle positionné au milieu de chaque couronne.
Le flux d'échappement est prélevé de manière continue et les acquisitions sont faites régulièrement de manière continue également, selon la fréquence imposée par l'unité d'analyse.
Pour respecter le critère d'iso-balayage surfacique, chaque cercle est de préférence balayé pendant la même durée mais à des vitesses différentes. La vitesse de déplacement de l'orifice de prélèvement de la sonde est donc dans ce cas maximale sur le cercle extérieur.
Les prélèvements et acquisitions selon cette méthode permettent une exploration rapide de l'ensemble du plan d'échantillonnage. La concentration du plan de sortie est par exemple obtenue en moyennant toutes les données acquises après avoir supprimé les acquisitions correspondant aux gaz initialement présents dans les tuyaux (temps mort correspondant à la durée de transport dans les tuyaux jusqu'à l'unité d'analyse).
Les données acquises par l'unité d'analyse sont traitées pour déterminer la nature et la concentration de gaz contenus dans le flux d'échappement prélevé. Ce traitement peut être effectué par tout type de méthode connue et à la disposition de l'homme du métier.
Pour la mesure de polluants gazeux, on peut utiliser divers types d'analyseurs. On peut par exemple utiliser des analyseurs de type à absorption non dispersive du rayonnement infrarouge pour mesurer le CO et/ou le C02. Un analyseur d'hydrocarbures intégrera un détecteur à ionisation de flamme. L'analyseur de NOx fonctionne selon la technique de la chimiluminescence.
Selon une autre utilisation du dispositif de mesure, additionnelle ou alternative, les données acquises par l'unité d'analyse sont traitées pour déterminer la nature et la quantité de fumées contenues dans le flux d'échappement prélevé. Ce traitement peut être effectué par tout type de méthode connue et à la disposition de l'homme du métier.
Dans ce dernier cas, on peut par exemple utiliser un filtre pour acquérir les données caractéristiques de fumées contenues dans le flux d'échappement prélevé. C'est ce filtre qui est ensuite exploité pour mesurer les particules de fumées présentes dans le flux d'échappement sur l'ensemble de la surface d'échantillonnage, ou par zone selon le nombre de filtres utilisés.
Pour mesurer les polluants sous forme de fumées, on va donc intégrer un ou plusieurs filtres dans le dispositif, de sorte que le flux d'échappement traverse ce filtre. Ensuite, le filtre est analysé avec un réflectomètre comme expliqué plus haut.
La méthode proposée ci-dessus pourrait être appliquée à la mesure d'autres types de polluants que les gaz ou les fumées, comme par exemple les particules fines.
Tous les paramètres de mesure seront adaptés aux besoins des tests, et aux différentes contraintes de matériel, de temps, et de résultats.
Ainsi, pour augmenter le nombre de données acquises aux fins de traitement pour en déterminer des données sur les polluants, on peut par exemple augmenter le temps d'exploration de la trajectoire, augmenter la trajectoire parcourue (par exemple augmenter le nombre de cercles pour une trajectoire en cercles), augmenter la fréquence d'acquisition des données, augmenter la vitesse d'acquisition des données par l'unité d'analyse.
Ces paramètres doivent bien entendu être ajustés en fonction des contraintes, souvent temporelles, dues aux mesures. Par exemple, dans le cas de mesure de fumées, la masse de gaz filtrés est aujourd'hui imposée par les normes OACI (trois mesures nécessaires entre 12 kg et 21 kg de gaz de combustion filtrés à 14 l/min par m2 de filtre) et ne peut être diminué ou augmenté. Ainsi, pour un filtre donné, on pourra choisir plusieurs temps de filtration différents pour respecter la norme. Seule la vitesse de déplacement de la sonde est adaptée au temps de filtration résultant des normes imposées par l'OACI, et au rayon des cercles parcourus pour une trajectoire en cercles.
Prenons l'exemple particulier d'un robot permettant une vitesse de déplacement maximale de l'orifice de prélèvement de la sonde de 300 mm/s, et avec une fréquence de la carte d'acquisition de l'unité d'analyse de 10 Hz. Selon une trajectoire en cercles comprenant 4 cercles concentriques, avec des relevés circulaires en continu, l'exploration la plus rapide dure 16 s, chaque cercle étant balayé en 4 s, une exploration plus longue pouvant durer 30 s, 60 s, etc. selon les limites temporelles imposées par le test. La durée optimale du temps de parcours est déterminée de manière empirique, en choisissant la vitesse la plus grande possible permettant des mesures où les pics de concentration des polluants ne sont pas écrêtés. Selon les dimensions usuelles des moteurs d'aviation actuels et la limite de vitesse du robot mentionnée plus haut, le nombre de cercles utilisé peut être compris entre 4 et 8 pour avoir une bonne représentation des polluants en sortie dudit moteur. On peut toutefois prévoir une trajectoire en cercles ayant plus de 8 cercles, si les dimensions du moteur l'exigent ou si l'on souhaite augmenter la précision des mesures de polluants effectuées.
Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages décrits ici. Par conséquent, toutes les modifications de ce type sont destinées à être incorporées à l'intérieur de la portée du procédé et dispositif de mesure présentés.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de mesure de polluants contenus dans un flux d'échappement en sortie d'un moteur, comprenant les étapes consistant à :
Positionner une sonde de sorte qu'un orifice de prélèvement de ladite sonde soit placé sur une surface d'échantillonnage prévue à la sortie du moteur dans le flux d'échappement, et prélever le flux d'échappement avec ladite sonde ;
Activer une unité d'analyse couplée à la sonde pour effectuer une acquisition de données caractéristiques du flux d'échappement prélevé par la sonde ;
Commander un déplacement de la sonde pour impartir un déplacement continu de l'orifice de prélèvement selon une trajectoire spécifique sur la surface d'échantillonnage avec un balayage surfacique par unité de temps constant, tout en continuant le prélèvement et l'acquisition de données caractéristiques du flux d'échappement prélevé par la sonde ;
- Traiter les données acquises par l'unité d'analyse pour mesurer les polluants présents dans le flux d'échappement.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le déplacement de la sonde est commandé pour impartir un déplacement continu de l'orifice de prélèvement selon une trajectoire spécifique en cercles, ladite trajectoire spécifique en cercles étant formée de plusieurs cercles concentriques de différents rayons et d'au moins un segment reliant chaque cercles adjacents, les cercles étant parcourus l'un après l'autre vers l'intérieur ou vers l'extérieur par rapport au centre.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la trajectoire spécifique en cercles est définie en divisant la surface d'échantillonnage en une pluralité de couronnes concentriques ayant toute une aire identique, chaque cercle de la trajectoire spécifique en cercles correspondant au cercle du milieu de chaque couronne.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel la vitesse de déplacement de l'orifice de prélèvement de la sonde est adaptée pour chaque cercle de la trajectoire spécifique en cercles, de manière à ce que chaque cercle soit parcouru pendant la même durée.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les données caractéristiques du flux d'échappement prélevé par la sonde sont acquises à la même fréquence pendant toute la mesure.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les données acquises par l'unité d'analyse sont traitées pour déterminer la nature et la concentration de gaz contenus dans le flux d'échappement prélevé.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les données acquises par l'unité d'analyse sont traitées pour déterminer la nature et la quantité de fumées contenues dans le flux d'échappement prélevé.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel on utilise un filtre pour acquérir les données caractéristiques de fumées contenues dans le flux d'échappement prélevé, le filtre étant ensuite étudié pour mesurer les fumées présentes dans le flux d'échappement sur l'ensemble de la surface d'échantillonnage.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les données acquises par l'unité d'analyse sont traitées en corrélation avec la position de l'orifice de prélèvement de la sonde.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant une étape préalable d'activation de la sonde pour commencer un prélèvement de gaz au niveau de l'orifice de prélèvement en direction de l'unité d'analyse.
1 1 . Dispositif de mesure de polluants contenus dans un flux d'échappement à la sortie d'un moteur, caractérisé en ce qu'il comprend :
une unique sonde (1 ) ayant un unique orifice de prélèvement (10) du flux d'échappement ;
un robot (2) comprenant un bras articulé (20) sur lequel est montée ladite sonde (1 ), le robot (2) comprenant en outre des moyens pour positionner l'orifice de prélèvement (1 1 ) de la sonde (1 ) en différents points d'une surface d'échantillonnage en sortie du moteur (3) ;
une unité d'analyse prévue pour effectuer une acquisition continue de données caractéristiques du flux d'échappement prélevé par la sonde ;
une unité de commande (21 ) du robot prévue pour impartir un déplacement continu de l'orifice de prélèvement (1 1 ) de la sonde (1 ) selon une trajectoire spécifique sur la surface d'échantillonnage avec un balayage surfacique par unité de temps constant ;
une unité de traitement prévue pour traiter les données acquises par l'unité d'analyse pour mesurer les polluants présents dans le flux d'échappement.
12. Dispositif selon la revendication 1 1 , dans lequel l'unité d'analyse comprend un analyseur à absorption non dispersive du rayonnement infrarouge pour une analyse de CO ou C02, et/ou un analyseur d'hydrocarbures par ionisation de flamme, et/ou un analyseur par chimiluminescence pour une analyse de NO et NOx.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 1 ou 12, dans lequel l'unité d'analyse comprend au moins un filtre pour capturer des fumées présentes dans le flux d'échappement.
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