WO2011048294A1 - Apparatus for analyzing engine exhaust gases - Google Patents

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WO2011048294A1
WO2011048294A1 PCT/FR2010/051964 FR2010051964W WO2011048294A1 WO 2011048294 A1 WO2011048294 A1 WO 2011048294A1 FR 2010051964 W FR2010051964 W FR 2010051964W WO 2011048294 A1 WO2011048294 A1 WO 2011048294A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
probe
gas
measuring device
barrel
analysis
Prior art date
Application number
PCT/FR2010/051964
Other languages
French (fr)
Inventor
Mehdi Ferhan
Nicolas Ferrand
Laurent Merrien
Lionel Robin
Sylvain Prevet
Frantz Gouriou
Original Assignee
Peugeot Citroën Automobiles SA
CERTAM - Centre d'Etude et de Recherche Technologique en Aérothermique et Moteur
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroën Automobiles SA, CERTAM - Centre d'Etude et de Recherche Technologique en Aérothermique et Moteur filed Critical Peugeot Citroën Automobiles SA
Publication of WO2011048294A1 publication Critical patent/WO2011048294A1/en

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2247Sampling from a flowing stream of gas
    • G01N1/2252Sampling from a flowing stream of gas in a vehicle exhaust
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N2001/2285Details of probe structures
    • G01N2001/2291Movable probes, e.g. swivelling, swinging

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for measuring and analyzing exhaust gases emitted by a heat engine. It is particularly applicable to the development of engines and bodies for cleaning up the gases emitted by these engines.
  • composition of the gas (including the added reagents), the temperature, pressure and gas flow conditions vary between an area near the exhaust tube or a zone near the central axis of the tube, or according to the angular position of the zone considered.
  • the need remains for a means for withdrawing exhaust gases at different points of an exhaust line without significant disturbance of the gas flow conditions.
  • a gas measuring device having a body rotatably mounted between two sleeves for inserting the device between two tubular elements in which the gas to be measured flows, the body carrying a movable probe. in translation according to a diameter of the body.
  • the two tubular elements between which the device is intended to be inserted are for example two portions of an exhaust line or a portion of exhaust line and a depollution member, for example a catalyst SCR or a particle trap, either at the input of such an organ, to identify the nature, distribution of the gases to be treated or at the outlet, to check the effectiveness of this organ, and understand the nature of the gases that will have to be treated by another depollution body downstream.
  • the body is of the barrel type, capable of being rotated over a complete revolution or in other words 360 °
  • the rotational drive is advantageously obtained by means of a motor equipped with a pinion axis coinciding with the axis of rotation of the barrel and a ring gear mounted on the outer wall of the barrel.
  • the probe comprises a T-tube, with a T-rod adapted to receive a sensor and / or to take a fraction of the gas, and a head (or bar) passing through the body from side to side.
  • the length of the head is at least equal to 1.5 times the diameter of the body, so that the rod can occupy any position along a radius of the body, without the pressure drop induced by the probe varies according to the position of the probe.
  • the linear displacement of the probe is preferably obtained by means of a worm, driven by a motor.
  • the probe is provided with heating means such that the sampling and the routing of the gases to the gas analysis device is carried out essentially adiabatically.
  • the present invention also relates to an exhaust gas analysis method of placing an analysis device according to any one of the preceding claims between two elements of the line, to define a number of points d analysis distributed over a whole cross section of the exhaust line, to automatically move the probe to scan all the points of analysis and to automatically take gas samples corresponding to these points of analysis.
  • the analysis method can be used to measure regulated pollutants, for example particles, unburnt hydrocarbons (HC), nitrogen oxides NOx or carbon monoxide (CO), or unregulated (NH 3 , N 2 O, HCN, HNCO).
  • regulated pollutants for example particles, unburnt hydrocarbons (HC), nitrogen oxides NOx or carbon monoxide (CO), or unregulated (NH 3 , N 2 O, HCN, HNCO).
  • the invention is developed more specifically for charged or non-charged gas flows in particles, under temperature conditions ranging from ambient to high temperatures, typically engine combustion gas and in pressure ranges such as those encountered on a gasoline, diesel or new carbon-based exhaust system, with or without its after-treatment systems.
  • the advantages of the measuring device according to the invention compared to closed systems known from the prior art are numerous: a much lower pressure against pressure generated by the system due to the number of measurement points with effect on aeraulic line measured, a virtually unlimited number of measurement points - with the corollary, the ability to change the location of measurement points, a low thermal inertia impacting downstream pollution control systems (efficiency depending on the catalyst initiation temperature ) and a system that is easy to automate, thus not requiring the systematic intervention of an operator, which both minimizes the risks for the operator and saves a lot of measurement time.
  • Figure 1 a perspective view of a device according to the invention, connected in its downstream part to an element of an exhaust line;
  • FIG. 2 an illustration of the scanning of measurement points along several radii r0, r1 and r2 by the device according to the invention
  • Figure 3 an illustration of the protocol implemented during a scan of the probe according to the rays shown in Figure 2;
  • Figure 4 a block diagram of an assembly implementing a device according to the invention. Ways to realize the invention
  • the invention relates to a gas sampling device for performing analyzes at several points of a section of an exhaust line in an automated manner.
  • the system is to be implanted on the exhaust line (or Canning) and operates in a closed circuit (possibility of using other parts of the exhaust line downstream of the system), and offers the possibility of be connected to different types of gas analyzers (for example an infrared spectroscopy device by Fourier transform (FTI R), and sensors (pressure, temperature, etc .).
  • gas analyzers for example an infrared spectroscopy device by Fourier transform (FTI R), and sensors (pressure, temperature, etc .
  • Figure 1 is a perspective diagram of a device according to the invention, mounted at the end of a tubular element 1, constituting for example a section of exhaust line in which the gases flow essentially along a longitudinal axis 2, in the direction indicated by the arrow 3.
  • a tubular element constituting for example a section of exhaust line in which the gases flow essentially along a longitudinal axis 2, in the direction indicated by the arrow 3.
  • the tubular element mounted on the upstream side of the line has not been shown.
  • This device comprises a body mounted in rotation 4, similar to a barrel. This body is traversed right through by a probe 5, for example a sampling probe.
  • the probe is essentially constituted by a T-tube, of a diameter for example between 2 and 5 mm, preferably between 3 and 4 mm. The smaller the diameter and the smaller the disturbance generated by the probe. However, if the probe must be able to be placed upstream of a particulate filter, it is preferable that the diameter is 3 mm or more, so as to avoid clogging by these particles.
  • the head 6 of the T formed by the probe is in some way the base of the probe, the rod 7 of the T, perpendicular to the head, being intended to collect the gas samples and / or to carry specific sensors.
  • this rod is turned towards the engine, so against the flow of the exhaust gas.
  • the head is disposed along a transverse axis 8 intersecting the longitudinal axis 2.
  • this head preferably has a useful length at least equal to 1.5 times the diameter of the barrel. By useful length, it is understood the length of the head likely to penetrate the barrel, this length must also be increased by a sufficient length for one hand, to control the movement of the head and secondly, to equip the head for example with a tubing conveying the sample gas to the analysis means. In practice, a length of the order of twice the diameter of the barrel is suitable.
  • the rod when the head is moved in a translation movement along the axis 8, the rod can occupy any position between the barrel edge and the central position on the axis 2. the head systematically crossing the barrel from side to side. Under these conditions, the probe induces a constant pressure drop in the flow regardless of its position. However, with its small dimensions, the probe does not generate significant pressure drop in the flow and therefore has no effect on the values of the counter pressures generally generated by other systems placed upstream or downstream of this device. displacement. In addition, by combining the translation and rotation movements, a measurement can be made at any point of a section (the only real exclusion zone being defined by the thickness of the wall of the tube forming the probe).
  • the movement of movement of the barrel is characterized by an angular position and the displacement of the probe by a radial position.
  • the device is designed to perform angular screening of the flow for different radial positions of the probe.
  • the angular displacement of the barrel according to the arrow 9 makes it possible to scan the probe 360 °, ie on a circle with a diameter equivalent to twice the positioning radius of the sampling probe. . From successive scans operated for the probe positioned successively on several rays, the flow is screened in its perpendicular plane downstream of the post-treatment system.
  • the displacement system covers the overall section of the flow, and in particular the close vicinity of the walls of the exhaust line; the displacement as close as possible to the maximum diameter of the gas passage section corresponds to the maximum diameter of the gas passage section decreased by the half diameter of the section of the sampling probe head.
  • the barrel is held on both sides by two coaxial cylindrical sleeves secured respectively tubular elements upstream and downstream of the exhaust line and secured to the latter more generally by fastening flanges 10 and 1 1 to the dimensions of the exhaust line or post treatment device studied.
  • the assembly constituted by the barrel and the two coaxial sleeves is concentric and centered on the axis of the flow.
  • the guide for the movement of the barrel is formed by two annular linear connections made between the barrel and each of the two coaxial sleeves located at the ends of said rotary barrel.
  • the connection of the assembly is thus assimilable to a sliding pivot type connection.
  • the axial stop which makes it possible to eliminate the degree of freedom in translation and to be limited to a simple pivot connection of the barrel is provided by a lateral shoulder 12 of the barrel, which is interposed between the two sleeves 10 and 1 1 coaxial.
  • the pivot connection thus produced leaves only between the barrel, rotating axis of the system and its bearings represented by the two coaxial sleeves, a freedom of rotation about the axis of the flow of the exhaust line.
  • the guide of the head 6 through the barrel passes into the lateral shoulder 12 of the latter.
  • the device intended to be positioned on a motor exhaust line has a gas and particle sealing at the moving parts and in particular between the cylinder and each of the coaxial cylinders.
  • the gas and particle sealing device implanted between the barrel and the coaxial cylinders ensures operation of the device without gaseous and / or particulate discharges towards the outside of the exhaust line and also operation without outside air supply at the level of the sampling probe and also downstream, and thus preserves the gaseous and particulate composition of the flow.
  • a gas and particle seal is also placed between the body of the sampling probe and the barrel to ensure the displacement of the sampling probe without leakage.
  • a second level of sealing is achieved at the pivot connection between the barrel and each of the two coaxial cylinders by the interposition of bearings having good rubbing qualities.
  • the seal is reinforced by a labyrinth type seal.
  • the sampling probe is maintained in temperature to limit the cold spots and therefore any risk of condensation of the gases taken.
  • Heating rods mounted in the probe support arm provide the heating function of the probe support guide which by conduction heats the body of the probe.
  • the movements of the cylinder 4 and the sampling probe are provided by motor means 1 2 and 13, for example of the stepper motor type or synchronous motors moving synchronously or no, depending on the mode of travel chosen.
  • the rotational drive of the barrel is provided by a motor whose axis of the pinion 14 which coincides with the axis of rotation of the barrel is geared on a ring gear 1 5 mounted on the outside of the barrel 4.
  • the linear drive of the sampling probe is provided by a worm 1 6 set in motion by the engine 1 3.
  • the motorization of the device ensures the rapid positioning of the sampling probe radially and angularly and allows to describe screening sequences following mappings and analysis protocols previously defined.
  • the sampling system moves in a 2D plane marked in polar coordinates.
  • the device preferably comprises a control assembly of drive motor means for managing the rotation of the barrel and the translation of the probe.
  • the device advantageously comprises a microcomputer for programming automatic procedures for moving the probe according to a previously established protocol and the management of the movement control.
  • the probe is moved to a given fixed position defined by its radial and angular coordinates.
  • the probe is moved to a radial position, then angularly displaced by the rotation of the barrel to perform a continuous scan over a complete diameter of the flow.
  • the displacement of the probe follows a predefined path by a preprogrammed sequence of the movement of the motors simultaneously or not.
  • the positioning of the probe is known during its displacement or indexed with respect to its position in the scanning plane of the probe in order to quickly visualize its positioning in its preprogrammed motion sequence
  • the path of the probe is programmed sequentially with a follow-up of the positioning of the probe to visualize in real time the dynamics of the displacement system and even more to visualize the periods during which the probe is kept at rest.
  • This mode of operation has the advantage of optimizing the visualization of the displacement of the probe and of optimizing the exploitation of the results. More generally, this makes it possible to synchronize the displacement of the probe with the gas analyzer used.
  • the protocol developed to temporally display the positioning of the probe during its movement is to record the state of the engines over time, active or not active.
  • This type of operation is mainly implemented when the system is used to analyze the composition of the gases in the flow with conventional gas analyzers whose analysis method requires a more or less important sampling time, the time of 'analysis to screen the distribution of the flow over a number of points distributed over several sections of different diameters of the flow.
  • FIG. 3 describes more precisely the protocol implemented during a scanning of the probe on several radii, respectively denoted r0, r1 and r2.
  • the motors which rotate the barrel and the translation of the probe respectively return the information 102 and 103 indicating the active state 101 or not active 100 of the engines.
  • the end 17 of the gas sampling probe is connected to a gas analysis system by a gas transfer line.
  • the line is heated to 190 ° C to overcome the phenomena of gas condensation between the sampling point and the analyzer.
  • the transfer line is a flexible line. Its optimal length is that which should allow to perform a maximum of one rotation turn of the sampling device.
  • FIG. 4 describes the block diagram of an assembly implemented during a flow screening experiment with gas sampling for a composition analysis analysis of a flow.
  • the device D gas sampling is positioned on an exhaust line of a motor M, placed on test benches, with a motor control interface C I supervised by a GM engine management device.
  • the device D is for its part controlled by a gas analyzer management device, which will control, according to a predefined protocol, automatically the movements of the probe to sample the gases according to a predefined topography, depending selected engine control parameters.
  • the device according to the invention makes it possible, for example, in the case of studies on the efficiency of a motor exhaust gas depollution system, to measure locally in the output plane of the post-treatment system, the concentrations of the pollutant emissions downstream of said system to make a 2D mapping to thereby achieve a very accurate description of the flow and evaluate the behavior of said systems.
  • concentrations of the pollutant emissions downstream of said system to make a 2D mapping to thereby achieve a very accurate description of the flow and evaluate the behavior of said systems.
  • one of the factors influencing the efficiency of SCR catalysis depends directly on the quality of SCR upstream watering by urea.
  • Quantification of the downstream emissions SCR then makes it possible to quantify watering the system through a coefficient called gamma (alpha) calculated from the distribution of local emissions of nitrogen oxide and ammonia measured at different points of the output plane of the SCR catalyst.
  • the gas sampling system is connected to an FTIR analyzer to evaluate the residual NOx contents and any traces of NH 3 which, by the calculation of the gamma factor, will give the signature of nonuniformities or excess watering. of the SCR.
  • This sampling system may also be used on other pollution control elements: oxidation catalysis by measurement of CO, HC downstream DOC, particulate filter by FAP substrate watering measure (homogeneous loading of the FAP for control the regenerations and limit the counter pressures), all elements of depollution: for ex. NOx Trap, Passive NOx Absorb, NOx Storage Catalyst, ...
  • the device according to the invention can also be connected to a pressure measurement bay will perform speed watering measures of the various bricks of pollution control systems. For example, using the sampling tube as a pitot tube (static and dynamic pressure).
  • the device implanted on an engine exhaust line does not disturb the engine operating conditions, or the aeraulic and physicochemical characteristics of the upstream / downstream flow of the systems in place, and are thus preserved the geometric dimensions of the line of the engine. exhaust, exhaust flow conditions, gas composition, temperature and pressure.
  • the device integrates simply on the exhaust line without any particular modifications, remains removable and is quickly implemented.
  • the device operates over the entire range of engine operating points and satisfies the changes in the composition of the exhaust gases from said post-processing systems present (DOC, FAP, SCR, etc.).

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Abstract

The invention relates to a gas-measuring device comprising a body (4) that is rotatably mounted between two sheaths that enable the device to be inserted between two tubular elements in which the gas to be measured flows, said body supporting a probe (5) that is translatable along a diameter of the body.

Description

APPAREIL D'ANALYSE DES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR  APPARATUS FOR EXHAUST GAS ANALYSIS OF AN ENGINE
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française 0957371 déposée le 21 octobre 2009 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence. The present invention claims the priority of the French application 0957371 filed October 21, 2009 whose content (text, drawings and claims) is here incorporated by reference.
Domaine technique Technical area
[ooo2] La présente invention concerne un appareil de mesure et d'analyse des gaz d'échappement émis par un moteur thermique. Elle s'applique tout particulièrement à la mise au point des moteurs et des organes de dépollution des gaz émis par ces moteurs.  The present invention relates to an apparatus for measuring and analyzing exhaust gases emitted by a heat engine. It is particularly applicable to the development of engines and bodies for cleaning up the gases emitted by these engines.
Technique antérieure Prior art
[ooo3] L'utilisation de combustible fossile comme le pétrole ou le charbon dans un système de combustion, en particulier le carburant dans un moteur, entraine la production en quantité non négligeable de polluants qui peuvent être déchargés par l'échappement dans l'environnement et y causer des dégâts. Parmi ces polluants, les oxydes d'azote (appelés NOx) posent un problème particulier puisque ces gaz sont soupçonnés d'être un des facteurs qui contribuent à la formation des pluies acides et à la déforestation. En outre, les NOx sont liés à des problèmes de santé pour les humains et sont un élément clé de la formation de « smog » (nuage de pollution) dans les villes. La législation impose des niveaux de rigueur croissante pour leur réduction et/ou leur élimination de sources fixes ou mobiles.  [ooo3] The use of fossil fuel such as oil or coal in a combustion system, especially fuel in an engine, leads to the production of significant quantities of pollutants that can be discharged by the exhaust into the environment and cause damage. Among these pollutants, nitrogen oxides (called NOx) pose a particular problem since these gases are suspected to be one of the factors contributing to the formation of acid rain and deforestation. In addition, NOx is linked to health problems for humans and is a key element in the formation of "smog" (pollution cloud) in cities. The legislation imposes increasing levels of rigor for their reduction and / or elimination from stationary or mobile sources.
[ooo4] Parmi les polluants que les législations tendent à réglementer de façon de plus en plus stricte figurent également les suies ou autres matériaux particulaires résultant essentiellement d'une combustion incomplète du carburant, plus particulièrement lorsque le moteur est opéré en mélange dit pauvre, c'est-à-dire avec un excédent d'oxygène (d'air) par rapport à la stœchiométrie de la réaction de combustion. Les mélanges pauvres sont de règle pour les moteurs dits diesel, dont l'allumage est obtenu par compression. Pour limiter ces émissions de suies, la solution la plus commune est l'emploi de filtres à particules qui sont régénérés périodiquement par exemple en augmentant la température des gaz d'échappement pour brûler les suies et les transformer en dioxyde de carbone. L'augmentation de la température est obtenue le plus souvent au moyen d'une injection de carburant ou directement dans le collecteur ou la ligne d'échappement, ou par post-injection dans les chambres de combustion du moteur, après le point mort haut. [ooo4] Among the pollutants that laws tend to regulate more and more strictly also include soot or other particulate materials resulting mainly from incomplete combustion of fuel, especially when the engine is operated in a mixture said poor, c that is to say with an excess of oxygen (of air) with respect to the stoichiometry of the combustion reaction. Poor mixtures are the rule for so-called diesel engines, whose ignition is obtained by compression. To limit these soot emissions, the most common solution is the use of particulate filters which are regenerated periodically for example by increasing the temperature of the exhaust gas to burn the soot and convert it into carbon dioxide. The increase in temperature is obtained most often by means of a fuel injection or directly into the manifold or the exhaust line, or by post-injection into the combustion chambers of the engine, after the top dead center.
[ooo5] Pour limiter les émissions de NOx, la principale voie mise en œuvre sur les véhicules actuels a été celle de la réduction des émissions à la source, autrement dit, en opérant le moteur dans des conditions telles que les taux de NOx produits soient inférieurs aux taux limites. Ces conditions sont réunies notamment en pilotant de manière très fine les différents paramètres du moteur, à commencer par les paramètres d'injection de carburant et de réinjection à l'admission d'une partie des gaz d'échappement, ceci afin de réduire la concentration en oxygène favorable à la formation des oxydes d'azote.  [ooo5] To limit NOx emissions, the main route used on current vehicles has been to reduce emissions at the source, ie by operating the engine under conditions such that the NOx levels produced are below the limit rates. These conditions are met in particular by controlling very finely the various parameters of the engine, starting with the parameters of fuel injection and reinjection at the intake of a portion of the exhaust gases, in order to reduce the concentration in oxygen favorable to the formation of oxides of nitrogen.
[ooo6] Les niveaux d'émission tolérés tendant à se sévériser, une autre solution consiste à utiliser des solutions de post-traitement, en introduisant un agent réducteur dans la ligne d'échappement. Ainsi, une solution de post-traitement ayant fait la preuve de son efficacité est l'utilisation d'une source d'ammoniac (NH3). L'ammoniac réagit avec les NOx sur un catalyseur pour former de l'azote N2 inerte et de l'eau H20. Cette solution est essentiellement connue sous le nom de son acronyme anglais SCR pour « Sélective Catalytic Réduction ». [ooo6] As the emission levels tolerated tend to become more severe, another solution is to use post-treatment solutions by introducing a reducing agent into the exhaust line. Thus, a post-treatment solution that has proved its effectiveness is the use of an ammonia source (NH 3 ). Ammonia reacts with NO x on a catalyst to form inert N 2 nitrogen and H 2 0 water. This solution is essentially known by the acronym SCR for Selective Catalytic Reduction.
[ooo7] Lors de la mise au point d'un moteur, on cherche à définir des jeux de consignes optimisées pour des conditions de fonctionnement données définies par une demande de puissance motrice, de façon à répondre au mieux à la demande du conducteur (vitesse, reprise) tout en minimisant les émissions de polluants tels que le gaz carbonique, le monoxyde de carbone, le monoxyde d'azote, et les hydrocarbures imbrûlés). Selon les conditions de fonctionnement, les émissions de polluants en sortie de moteur vont varier, de sorte qu'il est nécessaire d'ajuster les paramètres de fonctionnement des organes de dépollution, comme par exemple la quantité de réducteur injecté en amont d'un catalyseur de réduction sélective ou la quantité de carburant injectée pour augmenter la température des gaz d'échappement pour une régénération d'un filtre à particules par exemple. Cet ajustement est d'autant plus complexe que la composition, la température et le débit des gaz d'échappement varient également largement selon les points de fonctionnement du moteur et influent sur l'efficacité des organes de dépollution. [0008] Pour ces mises au point, comme pour optimiser les organes de dépollution, il est souhaitable d'avoir une connaissance précise, tant qualitative que quantitative, de la nature des gaz d'échappement notamment en tout point donné de la ligne d'échappement, ou du moins au niveau des organes de dépollution, et ceci pour toutes les conditions de fonctionnement du moteur. [ooo7] When developing a motor, it is sought to define sets of optimized setpoints for given operating conditions defined by a request for motive power, so as to best meet the driver's demand (speed , recovery) while minimizing emissions of pollutants such as carbon dioxide, carbon monoxide, nitric oxide, and unburnt hydrocarbons. Depending on the operating conditions, the emissions of pollutants at the engine outlet will vary, so that it is necessary to adjust the operating parameters of the pollution control members, such as the amount of reductant injected upstream of a catalyst selective reduction or the amount of fuel injected to increase the temperature of the exhaust gas for a regeneration of a particulate filter for example. This adjustment is all the more complex as the composition, the temperature and the flow rate of the exhaust gas also vary widely according to the operating points of the engine and affect the efficiency of the depollution devices. For these developments, as to optimize the pollution control organs, it is desirable to have a precise knowledge, both qualitative and quantitative, of the nature of the exhaust gas including at any given point of the line of pollution. exhaust, or at least at the level of the depollution organs, and this for all operating conditions of the engine.
[ooo9] On connaît des moyens pour prélever des échantillons de gaz sur une ligne d'échappement. Ainsi, US5450749 a-t-il proposé d'introduire latéralement une sonde insérée latéralement dans une ligne d'échappement, la sonde formant un coude s'avançant dans la direction opposée au sens de circulation des gaz dans la ligne d'échappement. Ce type de sonde n'est pas prévu pour être montée de façon ajustable de sorte que le lieu de prélèvement du gaz est essentiellement fixe, par exemple selon l'axe centrale de la ligne.  [Ooo9] There are known means for taking gas samples on an exhaust line. Thus, US5450749 has proposed to laterally introduce a probe inserted laterally into an exhaust line, the probe forming a bend advancing in the opposite direction to the flow direction of the gas in the exhaust line. This type of probe is not intended to be mounted in an adjustable manner so that the place of sampling of the gas is essentially fixed, for example along the central axis of the line.
[ooi o] On connaît également des systèmes ouverts en communication directe avec le milieu ambiant. Ces systèmes présentent un risque de dilution des polluants mesurés, sont incompatibles avec la disposition d'autres composants ou organes en aval du point de mesure.  [ooi o] Open systems are also known in direct communication with the environment. These systems have a risk of dilution of the measured pollutants, are incompatible with the disposition of other components or organs downstream of the measuring point.
[ooi i] De façon générale, aujourd'hui, on procède par calculs pour estimer l'arrosage des systèmes de dépollution, c'est-à-dire essentiellement tenir compte du fait que les gaz d'échappement ne sont pas homogènes si on considère différents points d'une section transversale de la ligne et qu'en conséquence, le gaz traité par exemple par une portion centrale d'un organe de dépollution est différent de celui traité par une portion périphérique de cet organe). Cependant la représentativité des résultats peut être remise en question en raison des limites des codes de calcul (phénomènes chimiques de décomposition des additifs dans la ligne d'échappement non maîtrisés (cinétique chimique, formation des sous-produits et réactions intermédiaires de décomposition), mélange diphasiques non corrélés jusqu'à présent). Des mesures par des sondes locales devraient donc permettre de fournir un moyen de corrélation des simulations numériques dans l'optique d'un recalage des modèles de calcul.  [ooi i] Generally speaking, today, calculations are made to estimate the watering of pollution control systems, that is to say, essentially to take into account the fact that the exhaust gases are not homogeneous if consider different points of a cross section of the line and therefore, the gas treated for example by a central portion of a pollution control member is different from that treated by a peripheral portion of this body). However, the representativity of the results can be questioned because of the limitations of the calculation codes (chemical phenomena of decomposition of additives in the uncontrolled exhaust line (chemical kinetics, formation of by-products and intermediate reactions of decomposition), mixture biphasic uncorrelated so far). Measurements by local probes should therefore make it possible to provide a means of correlating numerical simulations with a view to resetting calculation models.
[0012] Les technologies existantes présentent les défauts suivants : elles créent une d'une contre-pression à l'échappement (CPE) non représentative de l'écoulement réel des gaz dans la ligne d'échappement. Le fonctionnement en « système ouvert » ne permettant pas d'avoir un système représentatif de l'architecture réelle de la ligne d'échappement. Le fonctionnement non automatisé génère un manque de répétabilité des mesures, du à un positionnement géométrique non conforme et un temps de mesure non constant entre deux points d'acquisition, temps de mesure important se traduisant par un coût en temps d'immobilisation des moyens d'essai), une fiabilité de la mesure faible, plusieurs lignes de prélèvement nécessitant un vannage pour disposer des canaux de prélèvement correspondant aux points de mesures dans la ligne d'échappement, une non flexibilité aux configurations d'architecture de ligne d'échappement : nombre de points de mesure figés, intervalles temporels et géométriques de mesures aléatoires ou mal maîtrisés, un manque de modularité sur différentes architectures moteur (type de motorisation essence / diesel ou nouveaux carburants carbonés, cylindrée, architectures des briques) et une forte inertie thermique des constituants des sondes existantes, influençant la représentativité des mesures effectuées sur les systèmes de dépollution à l'échappement. Existing technologies have the following defects: they create an exhaust against pressure (CPE) not representative of the actual flow of gas in the exhaust line. Operation in "open system" does not allow to have a system representative of the actual architecture of the line exhaust. The non-automated operation generates a lack of repeatability of the measurements, due to a non-compliant geometrical positioning and a non-constant measurement time between two acquisition points, important measurement time resulting in a cost of immobilization of the control means. test), a low measurement reliability, several sampling lines requiring a winnowing to have the sampling channels corresponding to the measurement points in the exhaust line, a non-flexibility to exhaust line architecture configurations: number of fixed measuring points, time and geometric intervals of random or poorly controlled measurements, lack of modularity on different engine architectures (type of petrol / diesel engine or new carbon-based fuels, engine capacity, brick architectures) and a high thermal inertia of constituents of existing probes, influencing the representativeness of the measurements performed on exhaust pollution control systems.
[0013] Or, la composition du gaz (y compris les réactifs ajoutés), les conditions de température, de pression et d'écoulement des gaz varient entre une zone proche du tube d'échappement ou une zone proche de l'axe centrale du tube, ou encore selon la position angulaire de la zone considérée.  However, the composition of the gas (including the added reagents), the temperature, pressure and gas flow conditions vary between an area near the exhaust tube or a zone near the central axis of the tube, or according to the angular position of the zone considered.
[0014] Il a été proposé notamment pour le développement des systèmes SCR d'équiper des lignes de tests de toute une série de sonde de prélèvement, allant par exemple jusqu'à 1 5 sondes pour couvrir un maximum de points d'une section de la ligne d'échappement, par exemple juste en entrée du catalyseur SCR. Ces dispositifs sont très encombrants et surtout, induisent des modifications des conditions d'écoulement telles que toutes les mesures sont largement faussées.  It has been proposed in particular for the development of SCR systems to equip test lines of a whole series of sampling probe, for example up to 1 5 probes to cover a maximum of points of a section of the exhaust line, for example just at the inlet of the catalyst SCR. These devices are very bulky and above all, induce changes in the flow conditions such that all the measurements are widely distorted.
[0015] Le besoin demeure d'un moyen pour prélever des gaz d'échappement en différents points d'une ligne d'échappement sans perturbation sensible des conditions d'écoulement du gaz.  The need remains for a means for withdrawing exhaust gases at different points of an exhaust line without significant disturbance of the gas flow conditions.
Exposé de l'invention Presentation of the invention
[0016] Selon l'invention, il est proposé un dispositif de mesure de gaz comportant un corps monté en rotation entre deux fourreaux permettant d'insérer le dispositif entre deux éléments tubulaires dans lequel le gaz à mesurer circule, ce corps portant une sonde déplaçable en translation selon un diamètre du corps. [0017] Les deux éléments tubulaires entre lesquels le dispositif est destiné à être inséré sont par exemple deux portions d'une ligne d'échappement ou une portion de ligne d'échappement et un organe de dépollution, à l'exemple d'un catalyseur SCR ou d'un piège à particules, soit en entrée d'un tel organe, pour identifier la nature, répartition des gaz à traiter soit en sortie, pour vérifier l'efficacité de cet organe, et comprendre la nature des gaz qui devront être traités par un autre organe de dépollution placé en aval. According to the invention, there is provided a gas measuring device having a body rotatably mounted between two sleeves for inserting the device between two tubular elements in which the gas to be measured flows, the body carrying a movable probe. in translation according to a diameter of the body. The two tubular elements between which the device is intended to be inserted are for example two portions of an exhaust line or a portion of exhaust line and a depollution member, for example a catalyst SCR or a particle trap, either at the input of such an organ, to identify the nature, distribution of the gases to be treated or at the outlet, to check the effectiveness of this organ, and understand the nature of the gases that will have to be treated by another depollution body downstream.
[0018] Dans une variante de l'invention, le corps est du type barillet, capable d'être déplacé en rotation sur un tour complet ou autrement dit 360° L'entraînement en rotation est avantageusement obtenu au moyen d'un moteur muni d'un axe pignon coïncidant avec l'axe de rotation du barillet et d'une couronne dentée montée sur la paroi extérieure du barillet.  In a variant of the invention, the body is of the barrel type, capable of being rotated over a complete revolution or in other words 360 ° The rotational drive is advantageously obtained by means of a motor equipped with a pinion axis coinciding with the axis of rotation of the barrel and a ring gear mounted on the outer wall of the barrel.
[0019] Dans une variante, la sonde comporte un tube en T, avec une tige du T apte à recevoir un capteur et/ou à prélever une fraction du gaz, et une tête (ou barre) traversant le corps de part en part. Avantageusement, la longueur de la tête est au moins égale à 1 ,5 fois le diamètre du corps, de sorte que la tige peut occuper toute position selon un rayon du corps, sans que la perte de charge induite par la sonde ne varie en fonction de la position de la sonde.  Alternatively, the probe comprises a T-tube, with a T-rod adapted to receive a sensor and / or to take a fraction of the gas, and a head (or bar) passing through the body from side to side. Advantageously, the length of the head is at least equal to 1.5 times the diameter of the body, so that the rod can occupy any position along a radius of the body, without the pressure drop induced by the probe varies according to the position of the probe.
[0020] Le déplacement linéaire de la sonde est de préférence obtenu au moyen d'une vis sans fin, entraînée par un moteur.  The linear displacement of the probe is preferably obtained by means of a worm, driven by a motor.
[0021 ] Dans une variante de l'invention, la sonde est munie de moyens de chauffage tels que le prélèvement et l'acheminement des gaz jusqu'au dispositif d'analyse des gaz est effectuée de façon essentiellement adiabatique.  In a variant of the invention, the probe is provided with heating means such that the sampling and the routing of the gases to the gas analysis device is carried out essentially adiabatically.
[0022] La présente invention a également pour objet un procédé d'analyse de gaz d'échappement consistant à placer un dispositif d'analyse selon l'une quelconque des revendications précédentes entre deux éléments de la ligne, à définir un nombre de points d'analyse répartis sur toute une section transversale de la ligne d'échappement, à déplacer de façon automatisée la sonde pour balayer tous les points d'analyse et à prélever automatiquement des échantillons de gaz correspondant à ces points d'analyse.  The present invention also relates to an exhaust gas analysis method of placing an analysis device according to any one of the preceding claims between two elements of the line, to define a number of points d analysis distributed over a whole cross section of the exhaust line, to automatically move the probe to scan all the points of analysis and to automatically take gas samples corresponding to these points of analysis.
[0023] Le procédé d'analyse peut être mis en œuvre pour mesurer des polluants réglementés à l'exemple des particules, des hydrocarbures imbrûlés (HC), des oxydes d'azote NOx ou du monoxyde de carbone (CO), ou non réglementés (NH3, N20, HCN, HNCO). Ces analyses sont notamment destinées à la mise au point de systèmes de dépollution plus efficaces, en analysant des problèmes peu ou mal modélisés comme la problématique de répartition sur la section d'une ligne d'agents réactifs ou de polluants et l'aéraulique de la ligne d'échappement impactant la contre- pression à l'échappement ou des enjeux locaux de la thermique (points chauds, points froids) ou de dépôts. The analysis method can be used to measure regulated pollutants, for example particles, unburnt hydrocarbons (HC), nitrogen oxides NOx or carbon monoxide (CO), or unregulated (NH 3 , N 2 O, HCN, HNCO). These analyzes are particularly intended for the development of more effective systems of depollution, by analyzing problems little or badly modeled like the problem of distribution on the section of a line of reagents or pollutants and the aeraulic of the exhaust system impacting the exhaust back pressure or local issues of thermal (hot spots, cold spots) or deposits.
[0024] L'invention est développée plus spécifiquement pour des écoulements gaz chargés ou non en particules, dans des conditions de températures allant de l'ambiant aux hautes températures, typiquement gaz de combustion moteur et dans des domaines de pression tels que ceux rencontrés sur une ligne d'échappement moteur essence, Diesel ou nouveaux carburants carbonés, équipée ou non de ses systèmes de post-traitement.  The invention is developed more specifically for charged or non-charged gas flows in particles, under temperature conditions ranging from ambient to high temperatures, typically engine combustion gas and in pressure ranges such as those encountered on a gasoline, diesel or new carbon-based exhaust system, with or without its after-treatment systems.
[0025] Les avantages du dispositif de mesure selon l'invention par rapport aux systèmes fermés connus de l'art antérieur sont nombreux : une bien moindre contre pression générée par le système dû au nombre de points de mesures avec effet sur aéraulique de la ligne mesurée, un nombre pratiquement illimité de points de mesures - avec pour corolaire, la possibilité de modifier la localisation des points de mesure, une faible inertie thermique impactant les systèmes de dépollution en aval (l'efficacité dépendant de la température d'amorçage des catalyseurs) et un système facilement automatisable, donc ne nécessitant pas l'intervention systématique d'un opérateur, ce qui à la fois minimise les risques pour l'opérateur et permet un gain de temps de mesure conséquent.  The advantages of the measuring device according to the invention compared to closed systems known from the prior art are numerous: a much lower pressure against pressure generated by the system due to the number of measurement points with effect on aeraulic line measured, a virtually unlimited number of measurement points - with the corollary, the ability to change the location of measurement points, a low thermal inertia impacting downstream pollution control systems (efficiency depending on the catalyst initiation temperature ) and a system that is easy to automate, thus not requiring the systematic intervention of an operator, which both minimizes the risks for the operator and saves a lot of measurement time.
Description sommaire des dessins Brief description of the drawings
[0026] D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux figures annexées qui montrent : Other details and advantageous features of the invention will appear on reading the following detailed description of the embodiments of the invention, given by way of example only and with reference to the appended figures which show:
• Figure 1 : une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention, raccordé dans sa partie avale à un élément d'une ligne d'échappement ;  • Figure 1: a perspective view of a device according to the invention, connected in its downstream part to an element of an exhaust line;
• Figure 2 : une illustration du balayage de points de mesure selon plusieurs rayons rO, r1 et r2 par le dispositif selon l'invention ; • Figure 3 : une illustration du protocole mis en œuvre au cours d'un balayage de la sonde selon les rayons montrés à la figure 2 ; FIG. 2: an illustration of the scanning of measurement points along several radii r0, r1 and r2 by the device according to the invention; • Figure 3: an illustration of the protocol implemented during a scan of the probe according to the rays shown in Figure 2;
• Figure 4 : un schéma synoptique d'un montage mettant en œuvre un dispositif selon l'invention. Manières de réaliser l'invention  • Figure 4: a block diagram of an assembly implementing a device according to the invention. Ways to realize the invention
[0027] L'invention concerne un dispositif de prélèvement de gaz permettant de réaliser des analyses en plusieurs points d'une section d'une ligne d'échappement de manière automatisée.  The invention relates to a gas sampling device for performing analyzes at several points of a section of an exhaust line in an automated manner.
[0028] Le système est à implanter sur la ligne d'échappement (ou ses Canning) et fonctionne en circuit fermé (possibilité d'utiliser d'autres parties de ligne d'échappement en aval du système), et offre la possibilité d'être relié à différents type d'analyseurs de gaz (à l'exemple d'un dispositif de spectroscopie infrarouge par transformée de Fourrier (FTI R), et capteurs (pression, température, etc....).  The system is to be implanted on the exhaust line (or Canning) and operates in a closed circuit (possibility of using other parts of the exhaust line downstream of the system), and offers the possibility of be connected to different types of gas analyzers (for example an infrared spectroscopy device by Fourier transform (FTI R), and sensors (pressure, temperature, etc ....).
[0029] La figure 1 est un schéma en perspective d'un dispositif selon l'invention, monté à l'extrémité d'un élément tubulaire 1 , constituant par exemple un tronçon de ligne d'échappement dans laquelle les gaz s'écoulent essentiellement selon un axe longitudinal 2, dans le sens indiqué par la flèche 3. Pour plus de clarté, l'élément tubulaire monté côté amont de la ligne n'a pas été représenté.  Figure 1 is a perspective diagram of a device according to the invention, mounted at the end of a tubular element 1, constituting for example a section of exhaust line in which the gases flow essentially along a longitudinal axis 2, in the direction indicated by the arrow 3. For clarity, the tubular element mounted on the upstream side of the line has not been shown.
[0030] Ce dispositif comporte un corps monté en rotation 4, analogue à un barillet. Ce corps est traversé de part en part par une sonde 5, par exemple une sonde de prélèvement. La sonde est essentiellement constituée par un tube en T, d'un diamètre par exemple compris entre 2 et 5 mm, de préférence entre 3 et 4 mm. Plus le diamètre est petit et moindre sera la perturbation générée par la sonde. Toutefois, si la sonde doit pouvoir être placée en amont d'un filtre à particules, il est préférable que le diamètre soit de 3 mm ou plus, de façon à éviter son colmatage par ces particules.  This device comprises a body mounted in rotation 4, similar to a barrel. This body is traversed right through by a probe 5, for example a sampling probe. The probe is essentially constituted by a T-tube, of a diameter for example between 2 and 5 mm, preferably between 3 and 4 mm. The smaller the diameter and the smaller the disturbance generated by the probe. However, if the probe must be able to be placed upstream of a particulate filter, it is preferable that the diameter is 3 mm or more, so as to avoid clogging by these particles.
[0031 ] La tête 6 du T formé par la sonde constitue en quelque sorte la base de la sonde, la tige 7 du T, perpendiculaire à la tête, étant destinée à prélever les échantillons de gaz et/ou à porter des capteurs spécifiques. De préférence, cette tige est tournée vers le moteur, donc à contre flux des gaz d'échappement. De préférence, la tête est disposée selon un axe transversal 8 coupant l'axe longitudinal 2. De plus, cette tête a de préférence une longueur utile au moins égale à 1 ,5 fois le diamètre du barillet. Par longueur utile, il est entendu la longueur de la tête susceptible de pénétrer dans le barillet, cette longueur devant de plus être augmenter d'une longueur suffisante pour d'une part, commander le déplacement de la tête et d'autre part, équiper la tête par exemple avec une tubulure acheminant le gaz prélevé jusqu'aux moyens d'analyse. En pratique, une longueur de l'ordre de deux fois le diamètre du barillet convient. The head 6 of the T formed by the probe is in some way the base of the probe, the rod 7 of the T, perpendicular to the head, being intended to collect the gas samples and / or to carry specific sensors. Preferably, this rod is turned towards the engine, so against the flow of the exhaust gas. Preferably, the head is disposed along a transverse axis 8 intersecting the longitudinal axis 2. In addition, this head preferably has a useful length at least equal to 1.5 times the diameter of the barrel. By useful length, it is understood the length of the head likely to penetrate the barrel, this length must also be increased by a sufficient length for one hand, to control the movement of the head and secondly, to equip the head for example with a tubing conveying the sample gas to the analysis means. In practice, a length of the order of twice the diameter of the barrel is suitable.
[0032] Ainsi, lorsque l'on déplace la tête selon un mouvement de translation selon l'axe 8, la tige peut occuper toute position entre le bord du barillet et la position centrale sur l'axe 2. la tête traversant systématiquement le barillet de part en part. [0033] Dans ces conditions, la sonde induit une perte de charge constante dans l'écoulement quelle que soit sa position. Cependant avec ses faibles dimensions, la sonde n'engendre pas de perte de charge notable dans l'écoulement et de ce fait est sans conséquence sur les valeurs des contres pressions généralement engendrées par d'autres systèmes placés en amont ou aval de ce dispositif de déplacement. De plus, en combinant les mouvements de translation et de rotation, une mesure peut être effectuée en tout point d'une section (la seule zone réelle d'exclusion étant définie par l'épaisseur de la paroi du tube formant la sonde).  Thus, when the head is moved in a translation movement along the axis 8, the rod can occupy any position between the barrel edge and the central position on the axis 2. the head systematically crossing the barrel from side to side. Under these conditions, the probe induces a constant pressure drop in the flow regardless of its position. However, with its small dimensions, the probe does not generate significant pressure drop in the flow and therefore has no effect on the values of the counter pressures generally generated by other systems placed upstream or downstream of this device. displacement. In addition, by combining the translation and rotation movements, a measurement can be made at any point of a section (the only real exclusion zone being defined by the thickness of the wall of the tube forming the probe).
[0034] Le mouvement de déplacement du barillet se caractérise par une position angulaire et le déplacement de la sonde par une position radiale.  The movement of movement of the barrel is characterized by an angular position and the displacement of the probe by a radial position.
[0035] Le dispositif est conçu pour réaliser des screening angulaires de l'écoulement pour différentes positions radiales de la sonde. Pour une position donnée de la sonde de prélèvement, le déplacement angulaire du barillet selon la flèche 9 permet de réaliser un balayage de la sonde sur 360°, soit sur un cercle de diamètre équivalent à deux fois le rayon de positionnement de la sonde de prélèvement. A partir de balayages successifs opérés pour la sonde positionnée successivement sur plusieurs rayons, le screening de l'écoulement est réalisé dans son plan perpendiculaire en aval du système de post traitement. The device is designed to perform angular screening of the flow for different radial positions of the probe. For a given position of the sampling probe, the angular displacement of the barrel according to the arrow 9 makes it possible to scan the probe 360 °, ie on a circle with a diameter equivalent to twice the positioning radius of the sampling probe. . From successive scans operated for the probe positioned successively on several rays, the flow is screened in its perpendicular plane downstream of the post-treatment system.
[0036] Le système de déplacement couvre la section globale de l'écoulement, et notamment le proche voisinage des parois de la ligne d'échappement; le déplacement au plus près du diamètre maximale de la section de passage des gaz correspond au diamètre maximal de la section de passage des gaz diminué du demi diamètre de la section de la tête de sonde de prélèvement. [0037] Le barillet est maintenu de part et d'autre par deux fourreaux cylindriques coaxiaux solidaires respectivement des éléments tubulaire en amont et aval de la ligne d'échappement et solidarisé de cette dernière de façon plus générale par des brides de fixation 10 et 1 1 aux dimensions de la ligne d'échappement ou dispositif de post traitement étudié. The displacement system covers the overall section of the flow, and in particular the close vicinity of the walls of the exhaust line; the displacement as close as possible to the maximum diameter of the gas passage section corresponds to the maximum diameter of the gas passage section decreased by the half diameter of the section of the sampling probe head. The barrel is held on both sides by two coaxial cylindrical sleeves secured respectively tubular elements upstream and downstream of the exhaust line and secured to the latter more generally by fastening flanges 10 and 1 1 to the dimensions of the exhaust line or post treatment device studied.
[0038] L'ensemble constitué par le barillet et les deux fourreaux coaxiaux est concentriques et centré sur l'axe de l'écoulement.  The assembly constituted by the barrel and the two coaxial sleeves is concentric and centered on the axis of the flow.
[0039] Le guidage pour le déplacement du barillet est réalisé par deux liaisons linéaires annulaires réalisées entre le barillet et chacun des deux fourreaux coaxiaux situées aux extrémités dudit barillet tournant. La liaison de l'ensemble est assimilable ainsi à une liaison type pivot glissant. L'arrêt axial qui permet de supprimer le degré de liberté en translation et de se limiter à une liaison simple pivot du barillet est assuré par un épaulement latéral 12 du barillet, lequel vient s'intercaler entre les deux fourreaux 10 et 1 1 coaxiaux. La liaison pivot ainsi réalisée ne laisse subsister entre le barillet, axe tournant du système et ses paliers représentés par les deux fourreaux coaxiaux qu'une liberté de rotation autour de l'axe de l'écoulement de la ligne d'échappement.  The guide for the movement of the barrel is formed by two annular linear connections made between the barrel and each of the two coaxial sleeves located at the ends of said rotary barrel. The connection of the assembly is thus assimilable to a sliding pivot type connection. The axial stop which makes it possible to eliminate the degree of freedom in translation and to be limited to a simple pivot connection of the barrel is provided by a lateral shoulder 12 of the barrel, which is interposed between the two sleeves 10 and 1 1 coaxial. The pivot connection thus produced leaves only between the barrel, rotating axis of the system and its bearings represented by the two coaxial sleeves, a freedom of rotation about the axis of the flow of the exhaust line.
[0040] Le guidage de la tête 6 au travers du barillet passe dans l'épaulement latéral 12 de ce dernier.  The guide of the head 6 through the barrel passes into the lateral shoulder 12 of the latter.
[0041 ] Le dispositif destiné à être positionné sur une ligne d'échappement moteur présente une étanchéité gaz et particules au niveau des pièces en mouvement et notamment entre le barillet et chacun des cylindres coaxiaux. Le dispositif d'étanchéité gaz et particules implanté entre le barillet et les cylindres coaxiaux assure un fonctionnement du dispositif sans rejets gazeux et/ou particulaire vers l'extérieur de la ligne d'échappement et également un fonctionnement sans apport d'air extérieur au niveau de la sonde de prélèvement et également en aval, et permet de conserver ainsi la composition gazeuse et particulaire de l'écoulement. The device intended to be positioned on a motor exhaust line has a gas and particle sealing at the moving parts and in particular between the cylinder and each of the coaxial cylinders. The gas and particle sealing device implanted between the barrel and the coaxial cylinders ensures operation of the device without gaseous and / or particulate discharges towards the outside of the exhaust line and also operation without outside air supply at the level of the sampling probe and also downstream, and thus preserves the gaseous and particulate composition of the flow.
[0042] Une étanchéité gaz et particule est également mise en place entre le corps de la sonde de prélèvement et le barillet pour assurer le déplacement de la sonde de prélèvement sans fuite.  A gas and particle seal is also placed between the body of the sampling probe and the barrel to ensure the displacement of the sampling probe without leakage.
[0043] Un second niveau d'étanchéité est réalisé au niveau de la liaison pivot entre le barillet et chacun des deux cylindres coaxiaux par l'interposition de paliers présentant de bonnes qualités frottantes. Du fait même de la conception du montage entre le barillet et les cylindres coaxiaux, l'étanchéité s'en trouve renforcée par une étanchéité de type labyrinthe. A second level of sealing is achieved at the pivot connection between the barrel and each of the two coaxial cylinders by the interposition of bearings having good rubbing qualities. By the very fact of the design of the assembly between the barrel and the coaxial cylinders, the seal is reinforced by a labyrinth type seal.
[0044] L'absence de pièces auto lubrifiées pour l'ensemble des pièces en mouvement est primordiale et permet de se prémunir de tout risque d'évaporation des produits de lubrification lors de l'utilisation du dispositif à des températures extrêmes ainsi que des risques de gommage.  The absence of self lubricated parts for all moving parts is paramount and can guard against any risk of evaporation of lubricants during use of the device at extreme temperatures and risks. scrub.
[0045] L'ensemble des composants et matériaux constituant le dispositif de déplacement et prélèvement permettent l'utilisation du dispositif dans des écoulements gaz chargés ou non, à des températures allant de l'ambiant aux hautes températures tels que celles rencontrées dans une ligne d'échappement moteur. All the components and materials constituting the displacement device and sampling allow the use of the device in charged or unloaded gas flows at temperatures ranging from ambient to high temperatures such as those encountered in a line d engine exhaust.
[0046] La sonde de prélèvement est maintenue en température pour limiter les points froids et donc tout risque de condensation des gaz prélevés. Des crayons chauffants montés dans le bras support de sonde assurent la fonction de chauffe du guide support de sonde qui par conduction réchauffe le corps de la sonde. The sampling probe is maintained in temperature to limit the cold spots and therefore any risk of condensation of the gases taken. Heating rods mounted in the probe support arm provide the heating function of the probe support guide which by conduction heats the body of the probe.
[0047] Les déplacements du barillet 4 et de la sonde de prélèvement, respectivement caractérisés par leur rotation et translation, sont assurés par des moyens moteur 1 2 et 13 par exemple de type moteurs pas à pas ou moteurs synchrones se déplaçant de façon synchrone ou non, suivant le mode de déplacement choisit.  The movements of the cylinder 4 and the sampling probe, respectively characterized by their rotation and translation, are provided by motor means 1 2 and 13, for example of the stepper motor type or synchronous motors moving synchronously or no, depending on the mode of travel chosen.
[0048] L'entraînement en rotation du barillet est assuré par un moteur dont l'axe du pignon 14 qui coïncide avec l'axe de rotation du barillet est engrené sur une couronne dentée 1 5 montée sur la partie extérieur du barillet 4.  The rotational drive of the barrel is provided by a motor whose axis of the pinion 14 which coincides with the axis of rotation of the barrel is geared on a ring gear 1 5 mounted on the outside of the barrel 4.
[0049] L'entraînement linéaire de la sonde de prélèvement est assuré par une vis sans fin 1 6 mise en mouvement par le moteur 1 3.  The linear drive of the sampling probe is provided by a worm 1 6 set in motion by the engine 1 3.
[0050] La motorisation du dispositif assure le positionnement rapide de la sonde de prélèvement radialement et angulairement et permet de décrire des séquences de screening suivant des cartographies et protocoles d'analyses préalablement définis. Le système de prélèvement se déplace dans un plan 2D repéré en coordonnées polaires. [0051 ] Le dispositif comporte de préférence un ensemble de contrôle des moyens moteurs d'entraînement pour la gestion de la rotation du barillet et la translation de la sonde. The motorization of the device ensures the rapid positioning of the sampling probe radially and angularly and allows to describe screening sequences following mappings and analysis protocols previously defined. The sampling system moves in a 2D plane marked in polar coordinates. The device preferably comprises a control assembly of drive motor means for managing the rotation of the barrel and the translation of the probe.
[0052] Le dispositif comporte avantageusement un micro-ordinateur pour la programmation de procédures automatiques de déplacement de la sonde suivant un protocole préalablement établi et la gestion du contrôle des déplacements.  The device advantageously comprises a microcomputer for programming automatic procedures for moving the probe according to a previously established protocol and the management of the movement control.
[0053] Selon un mode de fonctionnement la sonde est déplacée à une position fixe donnée défini par ses cordonnées radiale et angulaire  According to one mode of operation, the probe is moved to a given fixed position defined by its radial and angular coordinates.
[0054] Selon un autre mode de fonctionnement, illustré figure 2, la sonde est déplacée à une position radiale, puis déplacée angulairement par la rotation du barillet pour réaliser un balayage continu sur un diamètre complet de l'écoulement. According to another mode of operation, illustrated in Figure 2, the probe is moved to a radial position, then angularly displaced by the rotation of the barrel to perform a continuous scan over a complete diameter of the flow.
[0055] Selon un autre mode de fonctionnement plus élaboré, le déplacement de la sonde suit un trajet prédéfini par une séquence préprogrammée du déplacement des moteurs de façon simultanée ou non. According to another more elaborate mode of operation, the displacement of the probe follows a predefined path by a preprogrammed sequence of the movement of the motors simultaneously or not.
[0056] Selon le mode de fonctionnement illustré à l'aide de la figure 2, le positionnement de la sonde est connu au cours de son déplacement ou indexé par rapport à sa position dans le plan de balayage de la sonde afin de visualiser rapidement son positionnement dans sa séquence de déplacement préprogramméAccording to the operating mode illustrated with reference to FIG. 2, the positioning of the probe is known during its displacement or indexed with respect to its position in the scanning plane of the probe in order to quickly visualize its positioning in its preprogrammed motion sequence
[0057] Suivant un mode de fonctionnement particulier, le cheminement de la sonde est programmé de manière séquentielle avec un suivit du positionnement de la sonde permettant de visualiser en temps réel la dynamique du système de déplacement et plus encore de visualiser les périodes au cours desquelles la sonde est maintenue au repos. Ce mode de fonctionnement présente l'avantage d'optimiser la visualisation du déplacement de la sonde et d'optimiser l'exploitation des résultats. Plus généralement, cela permet de synchroniser le déplacement de la sonde à l'analyseur de gaz utilisé. According to a particular mode of operation, the path of the probe is programmed sequentially with a follow-up of the positioning of the probe to visualize in real time the dynamics of the displacement system and even more to visualize the periods during which the probe is kept at rest. This mode of operation has the advantage of optimizing the visualization of the displacement of the probe and of optimizing the exploitation of the results. More generally, this makes it possible to synchronize the displacement of the probe with the gas analyzer used.
[0058] Le protocole développé pour visualiser temporellement le positionnement de la sonde au cours de son déplacement, consiste à enregistrer l'état des moteurs au cours du temps, actif ou non actif. Ce type de fonctionnement est principalement mis en œuvre lorsque le système est utilisé pour analyser la composition des gaz dans l'écoulement avec des analyseurs de gaz conventionnels dont la méthode d'analyse nécessite un temps d'échantillonnage plus ou moins important, le temps d'analyse pour réaliser des screening de la répartition de l'écoulement sur un certain nombre de points repartis sur plusieurs sections de différents diamètres de l'écoulement. La figure 3 décrit plus précisément le protocole mis en œuvre au cours d'un balayage de la sonde sur plusieurs rayons, respectivement dénommés par rO, r1 et r2. Au cours du déplacement de la sonde de prélèvement, les moteurs qui assurent la rotation du barillet et la translation de la sonde renvoient respectivement les informations 102 et 103 renseignant sur l'état actif 101 ou non actif 100 des moteurs. The protocol developed to temporally display the positioning of the probe during its movement, is to record the state of the engines over time, active or not active. This type of operation is mainly implemented when the system is used to analyze the composition of the gases in the flow with conventional gas analyzers whose analysis method requires a more or less important sampling time, the time of 'analysis to screen the distribution of the flow over a number of points distributed over several sections of different diameters of the flow. FIG. 3 describes more precisely the protocol implemented during a scanning of the probe on several radii, respectively denoted r0, r1 and r2. During the movement of the sampling probe, the motors which rotate the barrel and the translation of the probe respectively return the information 102 and 103 indicating the active state 101 or not active 100 of the engines.
[0059] L'extrémité 17 de la sonde de prélèvement gaz est connectée à un système d'analyse de gaz par une ligne de transfert des gaz. La ligne est chauffée à 190 °C pour s'affranchir des phénomènes de condensation des gaz entre le point de prélèvement et l'analyseur. Pour suivre la rotation du barillet au cours d'un screening et pouvoir s'enrouler sur le dispositif de prélèvement, la ligne de transfert est une ligne souple. Sa longueur optimale est celle qui doit permettre de réaliser au maximum un tour de rotation du dispositif de prélèvement.  The end 17 of the gas sampling probe is connected to a gas analysis system by a gas transfer line. The line is heated to 190 ° C to overcome the phenomena of gas condensation between the sampling point and the analyzer. To follow the rotation of the barrel during a screening and to be able to wind on the sampling device, the transfer line is a flexible line. Its optimal length is that which should allow to perform a maximum of one rotation turn of the sampling device.
[0060] La figure 4 décrit le synoptique d'un montage mis en œuvre lors d'une expérimentation de screening de l'écoulement avec prélèvement de gaz pour une étude d'analyse de la composition d'un écoulement. FIG. 4 describes the block diagram of an assembly implemented during a flow screening experiment with gas sampling for a composition analysis analysis of a flow.
[0061 ] Le dispositif D de prélèvement de gaz est positionné sur une ligne d'échappement d'un moteur M, placé sur bancs d'essais, avec une interface de contrôle moteur C I supervisée par un périphérique de gestion moteur GM. Le dispositif D est pour sa part contrôlé par un périphérique de gestion de l'analyseur de gaz, qui va commander, suivant un protocole prédéfini, de façon automatique les mouvements de la sonde afin d'échantillonner les gaz selon une topographie prédéfinie, en fonction des paramètres de contrôles moteur choisis.  The device D gas sampling is positioned on an exhaust line of a motor M, placed on test benches, with a motor control interface C I supervised by a GM engine management device. The device D is for its part controlled by a gas analyzer management device, which will control, according to a predefined protocol, automatically the movements of the probe to sample the gases according to a predefined topography, depending selected engine control parameters.
[0062] Le dispositif selon l'invention permet par exemple dans le cas d'études sur l'efficacité de système de dépollution de gaz d'échappement moteur, de mesurer localement dans le plan de sortie du système de post traitement, les concentrations des émissions polluantes en aval dudit système pour en dresser une cartographie 2D permettant d'atteindre ainsi une description très précise de l'écoulement et d'évaluer le comportement desdits systèmes. Par exemple, dans le cadre plus précis d'études spécifiques sur la dépollution SCR par l'urée, un des facteurs influençant l'efficacité de la catalyse SCR dépend directement de la qualité de l'arrosage amont SCR par l'urée. Une quantification des émissions en aval SCR permet alors de quantifier l'arrosage du système par le biais d'un coefficient nommé gamma(alpha) calculé à partir de la répartition des émissions locales d'oxyde d'azote et d'ammoniac mesurées en différents points du plan de sortie du catalyseur SCR. Dans cet exemple, le système de prélèvement de gaz est connecté à un analyseur de type FTIR pour évaluer les teneurs en NOx résiduels et les éventuelles traces de NH3 qui par le calcul du facteur gamma donnera la signature des non uniformités ou excès d'arrosage de la SCR. The device according to the invention makes it possible, for example, in the case of studies on the efficiency of a motor exhaust gas depollution system, to measure locally in the output plane of the post-treatment system, the concentrations of the pollutant emissions downstream of said system to make a 2D mapping to thereby achieve a very accurate description of the flow and evaluate the behavior of said systems. For example, in the more specific context of specific studies on SCR depollution by urea, one of the factors influencing the efficiency of SCR catalysis depends directly on the quality of SCR upstream watering by urea. Quantification of the downstream emissions SCR then makes it possible to quantify watering the system through a coefficient called gamma (alpha) calculated from the distribution of local emissions of nitrogen oxide and ammonia measured at different points of the output plane of the SCR catalyst. In this example, the gas sampling system is connected to an FTIR analyzer to evaluate the residual NOx contents and any traces of NH 3 which, by the calculation of the gamma factor, will give the signature of nonuniformities or excess watering. of the SCR.
[0063] Ce système de prélèvement pourra aussi être utilisé sur d'autres éléments de dépollution : catalyse d'oxydation par mesure des CO, HC en aval DOC, filtre à particule par mesure d'arrosage du substrat FAP (chargement homogène du FAP pour contrôler les régénérations et limiter les contres pressions), tous éléments de dépollution : par ex. NOx Trap, Passive NOx Absorber, NOx Storage Catalyst, ... This sampling system may also be used on other pollution control elements: oxidation catalysis by measurement of CO, HC downstream DOC, particulate filter by FAP substrate watering measure (homogeneous loading of the FAP for control the regenerations and limit the counter pressures), all elements of depollution: for ex. NOx Trap, Passive NOx Absorb, NOx Storage Catalyst, ...
[0064] Le dispositif selon l'invention peut également être raccordé à une baie de mesure de pression permettra de réaliser des mesures d'arrosage en vitesse des différentes briques des systèmes de dépollution. Par exemple, en utilisant le tube de prélèvement comme un tube de Pitot (pression statique et dynamique). The device according to the invention can also be connected to a pressure measurement bay will perform speed watering measures of the various bricks of pollution control systems. For example, using the sampling tube as a pitot tube (static and dynamic pressure).
[0065] En couplant les mesures d'arrosage en concentration et les mesures d'arrosage en vitesse, on obtient une mesure de l'homogénéité d'arrosage massique, permettant de pousser plus avant l'optimisation des systèmes de dépollution par la maîtrise des quantités massiques locales d'espèces chimiques.  By coupling the watering measures in concentration and speed watering measures, we obtain a measure of the homogeneity of mass watering, to further push the optimization of pollution control systems by controlling local mass quantities of chemical species.
[0066] Le dispositif implanté sur une ligne échappement moteur, ne perturbe ni les conditions opératoires moteur, ni les caractéristiques aérauliques et physicochimiques de l'écoulement amont/aval des systèmes mis en place, ainsi sont conservées les dimensions géométriques de la ligne d'échappement, les conditions de débit d'échappement, de composition des gaz, de température et de pression. Le dispositif s'intègre simplement sur la ligne d'échappement sans modifications particulières, reste démontable et est rapidement mis en œuvre. Le dispositif opère sur l'ensemble de la gamme des points de fonctionnement moteur et satisfait aux modifications de la composition des gaz d'échappement issus des dits systèmes de post-traitement présents (DOC, FAP, SCR, etc....).  The device implanted on an engine exhaust line, does not disturb the engine operating conditions, or the aeraulic and physicochemical characteristics of the upstream / downstream flow of the systems in place, and are thus preserved the geometric dimensions of the line of the engine. exhaust, exhaust flow conditions, gas composition, temperature and pressure. The device integrates simply on the exhaust line without any particular modifications, remains removable and is quickly implemented. The device operates over the entire range of engine operating points and satisfies the changes in the composition of the exhaust gases from said post-processing systems present (DOC, FAP, SCR, etc.).

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de mesure de gaz comportant un corps monté en rotation entre deux fourreaux permettant d'insérer le dispositif entre deux éléments tubulaires dans lequel le gaz à mesurer circule, ce corps portant une sonde déplaçable en translation selon un diamètre du corps. 1. Gas measuring device comprising a body mounted in rotation between two sleeves for inserting the device between two tubular elements in which the gas to be measured is flowing, this body carrying a sensor displaceable in translation along a diameter of the body.
2. Dispositif de mesure selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit corps est du type barillet, capable d'être déplacé en rotation sur 360°. 2. Measuring device according to claim 1, characterized in that said body is barrel type, capable of being rotated 360 °.
3. Dispositif de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps est entraîné en rotation au moyen d'un moteur muni d'un axe pignon coïncidant avec l'axe de rotation du barillet et d'une couronne dentée montée sur la paroi extérieure du barillet. 3. Measuring device according to claim 2, characterized in that the body is rotated by means of a motor provided with a pinion axis coinciding with the axis of rotation of the barrel and a ring gear mounted on the outer wall of the barrel.
4. Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sonde comporte un tube en T, la tige du T étant apte à recevoir un capteur et/ou à prélever une fraction du gaz, et une tête (ou barre) traversant le corps de part en part. 4. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the probe comprises a T-tube, the T-rod being able to receive a sensor and / or to take a fraction of the gas, and a head (or bar) crossing the body from side to side.
5. Dispositif de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tête du T a une longueur supérieure ou égale à 1 ,5 fois le diamètre du corps rotatif. 5. Measuring device according to claim 4, characterized in that the head of the T has a length greater than or equal to 1.5 times the diameter of the rotating body.
6. Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sonde est déplacée au moyen d'une vis sans fin. 6. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the probe is moved by means of a worm.
7. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'une extrémité de la sonde est connectée à un dispositif d'analyse de gaz. 7. Measuring device according to any one of the preceding claims characterized in that one end of the probe is connected to a gas analysis device.
8. Dispositif de mesure selon la revendication 6, caractérisée en ce que la sonde est munie de moyens de chauffage tels que le prélèvement et l'acheminement des gaz jusqu'au dispositif d'analyse des gaz est effectuée de façon essentiellement adiabatique. 8. Measuring device according to claim 6, characterized in that the probe is provided with heating means such that the sampling and the routing of the gas to the gas analysis device is performed substantially adiabatically.
9. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un capteur, notamment un capteur de pression et/ou de température, est positionné dans la sonde. 9. Measuring device according to any one of the preceding claims, characterized in that a sensor, in particular a pressure sensor and / or temperature, is positioned in the probe.
10. Procédé d'analyse de gaz d'échappement consistant à placer un dispositif d'analyse selon l'une quelconque des revendications précédentes entre deux éléments de la ligne, à définir un nombre de points d'analyse répartis sur toute une section transversale de la ligne d'échappement, à déplacer de façon automatisée la sonde pour balayer tous les points d'analyse et à prélever automatiquement des échantillons de gaz correspondant à ces points d'analyse 10. An exhaust gas analysis method of placing an analysis device according to any one of the preceding claims between two elements of the line, to define a number of analysis points distributed over an entire cross section of the line. the exhaust line, to automatically move the probe to scan all the points of analysis and to automatically take gas samples corresponding to these points of analysis
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