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Article de la SAE - projet des NESCAUM (anglais)
Rapport de la ville de Houston (anglais)


La technique

Système portable d’échantillonnage, sur le terrain, des gaz d’échappement des diesels de grosse cylindrée des véhicules routiers et des véhicules hors route

On peut mesurer les gaz d’échappement des véhicules routiers et hors route à moteur Diesel de grosse cylindrée par deux types d’essais de leur moteur : en laboratoire, sur un dynamomètre ; dans les conditions normales d’utilisation sur le terrain, sur le véhicule même. Dans ce dernier cas, on utilise un système portable d’échantillonnage des gaz d’échappement, pour le terrain, que l’on peut installer sur le véhicule fonctionnant dans des conditions de charge normales. L’Agence de protection de l’environnement des États-Unis (US EPA) a établi un code de règlements pour la mesure des émissions des gaz d’échappement courants des locomotives, dans les conditions normales de fonctionnement sur le terrain (CFR 40, Part 92).

Environnement Canada a mis au point un système portable qui satisfait aux critères de l’EPA. Le système comprend deux tunnels de dilution d’une partie de des veines « gazeuses » : un pour l’échantillonnage des émissions gazeuses d’hydrocarbures totaux, de monoxyde de carbone, d’oxydes d’azote et de dioxyde de carbone (plus d’autres composés auxquels on s’intéresse) ; le second pour les émissions particulaires. Chaque tunnel est relié à une sonde située dans le tuyau d’échappement du moteur, au moyen d’une conduite chauffée. Le tunnel de dilution des composés gazeux, de deux pouces de diamètre, débite environ 50 lbs/min, débit en masse commandé par un régulateur situé à la sortie du tunnel, en amont de la pompe à vide. L’air de dilution, injecté dans le tunnel, immédiatement en aval de l’orifice d’admission des gaz bruts d’échappement, sert de référence pour l’obtention des échantillons proportionnels. Un régulateur de débit en masse fait varier la quantité d’air de dilution injecté dans l’échantillon. Il reçoit le signal d’un ordinateur commandant le système, d’après un signal de rétroaction provenant d’un débitmètre de la masse d’air relié à l’orifice d’admission de l’air dans le moteur (ce débitmètre peut être un anémomètre à fil chaud, un élément à écoulement laminaire ou un dispositif semblable).

Les échantillons dilués sont aspirés du tunnel par des sondes coudées à 90° dont l’orifice, plongé dans le tunnel, fait face au courant. L’échantillon de chaque sonde (maximum de quatre) traverse un filtre qui arrête les particules, puis les milieux de conservation des échantillons pour le dosage des divers types de composés (notamment les matières semi-volatiles, les carbonyles, les aromatiques polycycliques et les non-aromatiques polycycliques, etc.). Chaque circuit d’échantillonnage possède sa propre pompe à vide, commandée par un régulateur de débit en masse. Pour les composés courants et les composés organiques volatils (COV), le milieu de conservation de l’échantillon (sac) est situé à l’orifice de sortie de la pompe. On retire ce milieu du système à la fin de l’essai et on le transfère vers un banc d’analyse.

Pour l’analyse en continu des gaz d’échappement ou l’analyse modale, on relie un ou des analyseurs convenables à l’une des sondes plongées dans le tunnel plutôt que de relier ces dernières à un milieu spécifique de conservation de l’échantillon. Le signal de sortie de l’analyseur, qui correspond au résultat d’analyse de l’échantillon est envoyé à l’ordinateur du système qui saisit et traite les données.

Outre le prélèvement d’échantillons des gaz d’émission, le système mesure la température des gaz d’échappement à l’aide d’un thermocouple plongé dans la veine gazeuse, le régime du moteur au moyen d’un capteur à effet Hall fixé à l’amortisseur de vibrations de torsion à l’avant du moteur, la vitesse du véhicule et la charge du moteur. Les deux derniers paramètres peuvent être enregistrés à l’aide de signaux émanant du système d’ordinateurs du moteur ou par des dispositifs distincts, reliés au moteur.

La masse de particules est aspirée du tuyau d’échappement par une sonde au diamètre plus important, qui traverse toute la veine gazeuse (du gaz d’échappement) et qui est dotée d’un certain nombre d’orifices usinés en des endroits précis, définis dans le règlement CFR. Cette sonde est reliée à une conduite chauffée, également d’un diamètre plus grand, qui est reliée au tunnel de dilution de quatre pouces de diamètre, fixé à l’extérieur du système d’échantillonnage pour le besoin des essais. Des régulateurs reliés à l’orifice de sortie du tunnel commandent le débit de l’air (environ 400 lbs/min) de la soufflante du compresseur qui alimente le tunnel. Comme dans le tunnel des composés gazeux, l’air de dilution est injecté dans le tunnel des particules (au débit allant jusqu’à 200 lbs/min) au moyen d’une pompe à vide. Un régulateur de débit à 200 lbs/min obéissant à un signal reçu de l’ordinateur du système règle la quantité d’air injecté. Ce signal est fondé sur le même signal de rétroaction utilisé pour déterminer le débit d’air de dilution dans le tunnel des composés gazeux. Le rapport de l’air de dilution à l’air total du tunnel, dans les deux tunnels, est identique pour tous les essais de mesure.

Le logiciel du système portable d’échantillonnage est doté des fonctions suivantes :
enregistrement des signaux de sortie des dispositifs externes (p. ex. les thermocouples, les régulateurs de débit, les capteurs d’effet Hall, les débitmètres de l’air, les transducteurs de pression, etc.);
calcul du taux de dilution à chaque seconde et envoi du signal au régulateur de débit;
calcul du facteur de correction de l’humidité pour déterminer les oxydes d’azote;
production d’un tableau de calcul pour la saisie des données avant l’essai, afin de calculer les émissions massiques par unité de carburant, par unité de temps et/ou par unité de charge du moteur aux température et pression normales;
analyse simulée de l’écoulement, pour vérifier le bon fonctionnement des pompes, des solénoïdes et des régulateurs de débit avant le début d’un essai.

Les mêmes techniques et appareils peuvent servir dans les dispositifs fixes ou non portables.

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  Mise à jour le: 2003/Jan/29 09:26:51 PM début Avis Importants 
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