FR2762645A1 - Procede de detection de gaz d'echappement et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé pour détecter des gaz d'échappement d'un moteur industriel à combustion interne à combustion pauvre ayant un tuyau d'échappement (16) et fonctionnant à un rapport air/carburant plus grand qu'environ 23/1, et ayant une température d'échappement inférieure à environ 540degreC, comprenant l'étape consistant à fournir un détecteur d'oxygène à combustion pauvre non stoechiométrique détectant ledit échappement gazeux et caractérisé par une sortie généralement linéaire sur un diagramme représentant la concentration en oxygène d'échappement en fonction d'une sortie en milliampères ce qui le distingue d'un détecteur d'oxygène stoechiométrique, caractérisé par un coude ou une chute à partir d'un haut niveau vers un bas niveau à une concentration d'oxygène d'échappement approximativement nulle, sur un diagramme représentant la concentration d'oxygène d'échappement en fonction d'une sortie en millivolts.
Description
I La présente invention concerne la détection des
gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne.
L'invention est survenue pendant des efforts de développement dirigés vers la réduction du temps d'arrêt de moteurs à combustion interne industriels importants,
fixes, fonctionnant en continu sur de longs intervalles.
De tels moteurs engendrent jusqu'à 7500 KW (mille chevaux
vapeur) et sont utilisés à grande échelle dans des appli-
cations de production d'électricité et de puissance mo-
trice, par exemple la production de puissance motrice d'une compagnie d'électricité, des applications dans les mines et de pompage, des navires allant sur l'océan, etc.
Ces moteurs sont caractérisés par des intervalles d'en-
tretien extrêmement longs par comparaison aux applica-
tions automobiles. Par exemple, certains de tels moteurs ont des intervalles d'entretien plus longs que la durée
de vie opérationnelle totale des moteurs d'automobile.
Pendant les longs intervalles notés entre en-
tretiens, pour les moteurs industriels importants, il est souhaitable de permettre un fonctionnement continu, sans
arrêt. En outre, le moteur doit agir à l'intérieur de to-
lérances spécifiées pendant toute la longueur d'un tel intervalle, sans sortir des spécifications permises. Une de telles spécifications est celle consistant à maintenir
correct le rapport air/carburant, à l'intérieur d'une fe-
nêtre de tolérances permises. Une autre spécification in-
dique que les émissions d'échappement doivent être main-
tenues en dessous d'une limite donnée.
Les moteurs industriels importants cités, à long intervalle d'utilisation, peuvent être munis d'un détecteur d'oxygène, par exemple comme dans les brevets Us n 4 638 783 et 5 243 954, qui sont incorporés ici à titre de référence. Le détecteur d'oxygène détecte la présence relation d'oxygène dans les gaz d'échappement du moteur et produit un signal de tension de sortie qui est
envoyé en retour vers un dispositif de commande comman-
dant le système d'alimentation de carburant pour assurer que le rapport correct air/carburant est envoyé vers le moteur. Certains moteurs industriels, y compris certains moteurs à combustion pauvre peuvent être équipés d'un convertisseur catalytique. Dans de telles applications,
le détecteur d'oxygène assure de plus que les consti-
tuants corrects des gaz d'échappement sont transmis vers
le convertisseur catalytique pour oxydation et réduction.
Il existe plusieurs types de détecteurs d'oxy-
gène. Les détecteurs d'oxygène ont tout d'abord été déve-
loppés pour des applications automobiles afin d'être uti-
lisés en association avec les convertisseurs catalyti-
ques. Le but était de commander le mélange des consti-
tuants des gaz d'échappement dans le catalyseur de sorte qu'il puisse exercer son action c'est-à-dire qu'à la fois
les réactions d'oxydation et de réduction soient complè-
tes. La plupart des applications automobiles sont basées
sur des moteurs stoechiométriques, c'est-à-dire des mo-
teurs qui tournent avec un rapport air/carburant chimi-
quement correct de telle sorte que la teneur en oxygène
restant après combustion soit pratiquement nulle. Une ca-
ractéristique des moteurs stoechiométriques est une tem-
pérature d'échappement relativement élevée, par exemple d'environ 650 à 7050C (1200 à 13000F). Le détecteur d'oxygène est immergé dans ce flux de gaz d'échappement à haute température, et les gaz d'échappement chauffent le détecteur jusqu'à la température de fonctionnement. Il
existe une période de mise en température, lorsque le vé-
hicule est démarré pour la première fois, pendant laquelle le détecteur d'oxygène est en dessous de la
plage de températures requise pour fonctionner correcte-
ment. Pendant la mise en température, le convertisseur catalytique ne peut pas fonctionner correctement et les
polluants d'échappement envoyés à l'atmosphère sont im-
portants.
La période de mise en température notée a en-
gendré le développement de détecteurs d'oxygène ayant des réchauffeurs internes électriques. La législation concer- nant les émissions lors du démarrage d'une automobile a
été satisfaite à l'aide d'un système basé sur un détec-
teur d'oxygène chauffé électriquement. Ces détecteurs, comme leurs prédécesseurs, sont insérés directement dans le flux d'échappement et donnent le même type de sortie, voir figure 1, formant un coude important ou une chute forte à partir d'une sortie élevée vers une sortie faible au niveau d'une concentration en oxygène dans les gaz
d'échappement d'environ zéro.
Lorsque les concepteurs de moteurs ont commencé à chercher dans différentes directions pour abaisser les
émissions d'échappement et améliorer l'économie de carbu-
rant, la technologie de combustion pauvre a commencé à
évoluer. Cette technique implique d'avoir de manière dé-
libérée de l'air en excès dans la chambre de combustion
lorsque le carburant est brûlé. Des émissions plus fai-
bles et une meilleure économie de carburant sont obte-
nues. Cependant, les détecteurs d'oxygène stoechiométri-
ques ne fournissent pas un signal significatif au niveau de rapports pauvres air/carburant, voir figure 1. Ainsi, pour que les moteurs soient commandés correctement, un
nouveau type de détecteur d'oxygène a du être développé.
Ceci a constitué un nouvel élan pour les détecteurs
d'oxygène de combustion pauvre.
Les détecteurs d'oxygène de combustion pauvre
ont une caractéristique de sortie différente des détec-
teurs d'oxygène stoechiométriques, voir figure 1, et fournissent un signal significatif au niveau de rapports pauvres air/carburant. Un type de détecteur d'oxygène de combustion pauvre, tel que représenté sur la figure 1,
fournit une sortie linéaire, le signal de sortie crois-
sant avec la concentration d'oxygène d'échappement, y
compris dans les zones de rapports pauvres air/carburant.
Les détecteurs d'oxygène de combustion pauvre ont un réchauffeur électrique intérieur pour élever la
température de l'élément formant détecteur jusqu'à l'in-
térieur de sa plage de fonctionnement. Ceci est dû au fait que les moteurs à combustion pauvre fonctionnent au niveau de températures d'échappement plus froides que les moteurs stoechiométriques. Les moteurs d'automobile à combustion pauvre fonctionnent de manière typique à un rapport air/carburant d'environ 23/1 et une température d'échappement d'environ 540 à 593 C (1000 à 1100 F). Les moteurs d'automobile stoechiométriques fonctionnent de manière typique à un rapport air/carburant d'environ 15 sur 1 et à une température d'échappement d'environ 650 à 705 C (1200 à 1300 F). Les moteurs à combustion interne,
industriels, à combustion pauvre, sur de longs interval-
les, fonctionnent à des taux plus pauvres et à des ni-
veaux de température d'échappement inférieurs par rapport
aux moteurs d'automobile. Par exemple, les plages typi-
ques pour les moteurs industriels à combustion pauvre sont un rapport air/carburant d'environ 30 sur 1 et une température d'échappement d'environ 430 à 480 C (800 à 900 F), bien que ces plages varient en fonction du moteur
et du type et de la qualité du carburant utilisé.
Un procédé connu pour commander le rapport air/carburant dans les moteurs industriels consiste à dresser un graphique de chaque performance d'un moteur
individuel à l'aide d'un analyseur d'émissions, comme in-
diqué par exemple dans Diesel and Gaz Turbine Worldwide de Mai 1994, dans un article intitulé "Predictive NOx
Emissions Monitoring For Stationary Engines" de G. Bes-
houri. Ceci est coûteux et allonge le temps de commercia-
lisation. Il est plus souhaitable d'utiliser un détecteur
d'oxygène de combustion pauvre, et de commander le rap-
port air/carburant en fonction de la sortie du détecteur.
Les détecteurs d'oxygène de combustion pauvre développés jusqu'à aujourd'hui ont été dirigés vers des applications automobiles et des essais pour appliquer ceux-ci à des moteurs industriels importants ayant des rapports
air/carburant plus pauvres et des températures d'échappe-
ment plus faibles n'ont pas eu de succès. En dépit d'une
recherche extensive, les détecteurs d'oxygène de combus-
tion pauvre pour moteurs industriels à combustion pauvre n'ont pas trouvé place dans le commerce. Un détecteur
d'oxygène de combustion pauvre pour automobile a été uti-
lisé sur un moteur industriel à combustion pauvre, cepen-
dant le détecteur est tombé, de manière répétée, prématu-
rément en panne. Le coût de remplacement est élevé, y compris le temps d'arrêt nécessaire pour celui-ci. A
moins que les ruptures prématurées puissent être empê-
chées et que le détecteur d'oxygène puisse durer sur toute la période existant entre intervalles d'entretien,
l'utilisation d'un détecteur d'oxygène de combustion pau-
vre n'est pas envisageable pour le marché des moteurs in-
dustriels. La présente invention concerne ce problème et
le résout.
La présente invention concerne aussi un autre problème relatif à la détection de gaz d'échappement, à
savoir la contamination et/ou l'empoisonnement du détec-
teur dans le temps, qui est particulièrement important
dans les moteurs industriels à intervalle long. L'échap-
pement d'un moteur transporte de nombreux constituants qui sont nuisibles à la vie du détecteur d'oxygène. Ces
constituants peuvent empoisonner le détecteur c'est-à-
dire pénétrer réellement dans le matériau du détecteur et
le désactiver, ou masquer le détecteur c'est-à-dire for-
mer un revêtement autour du détecteur et l'ensevelir.
Dans les moteurs normaux alimentés en carburant gazeux, ces constituants sont de manière typique dus aux additifs
qui servent à d'autres buts utiles et ne sont pas réelle-
ment éliminés. En plus de telles substances, des sources de carburant en variante par exemple le gaz naturel, le méthane provenant des usines de traitement de déchets et de rejets, etc. transportent d'autres contaminants. En outre, ces applications ont de manière typique de tels contaminants selon des concentrations plus élevées que ne l'ont des applications normales. Encore, des applications en variante de carburant ont même une nécessité plus grande de commander le rapport air/carburant du fait que
la composition du carburant peut changer de manière im-
portante au niveau des sites, et qu'autrement l'économie de carburant et les émissions d'échappement ne seraient pas optimisées. La présente invention concerne ce besoin
et le résout.
On va maintenant décrire la présente invention, à titre d'exemple uniquement, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un graphique représentant la sortie d'un détecteur stoechiométrique et la sortie d'un
détecteur de combustion pauvre en fonction de la concen-
tration d'oxygène d'échappement, - la figure 2 est un graphique représentant la
durée de vie d'un réchauffeur en fonction de la tempéra-
ture du réchauffeur, - la figure 3 représente de manière schématique un agencement de détection d'échappement conformément à la présente invention,
- la figure 4 est une vue latérale, partielle-
ment en coupe, d'une partie de la structure de la figure 3, - la figure 5 est une vue de dessus de la structure de la figure 4, - la figure 6 est une vue d'extrémité d'une partie de la structure de la figure 3, et - la figure 7 est une vue en coupe prise le
long de la ligne 7-7 de la figure 6.
La figure 1 représente au niveau du tracé réfé- rencé 10 la sortie en millivolts d'un détecteur d'oxygène stoechiométrique, caractérisé par un coude important ou une chute importante depuis un niveau élevé jusqu'à un niveau faible, à un niveau de concentration en oxygène d'échappement d'environ zéro. Le tracé 12 représente la
sortie en milliampères d'un détecteur d'oxygène de com-
bustion pauvre, laquelle sortie est linéaire et augmente avec l'augmentation de la concentration en oxygène. Le
détecteur d'oxygène stoechiométrique ayant la caractéris-
tique de sortie 10 est utilisé dans des applications au-
tomobiles ayant de manière typique un rapport air/carburant d'environ 15 sur 1 et une température d'échappement d'environ 650 à 705 C (1200 à 1300'F). Le
détecteur d'oxygène de combustion pauvre ayant la carac-
téristique de sortie 12 est utilisé dans des applications automobiles à combustion pauvre ayant de manière typique un rapport air/carburant de 23 sur 1 et une température d'échappement d'environ 540 à 595 C (1000 à 1100 F) on a essayé d'utiliser un détecteur d'oxygène de combustion
pauvre, une pièce Nippondenso portant le numéro 5-192500-
357, dans une application de moteur industriel à combus-
tion pauvre ayant un rapport air/carburant de 30 sur 1 et une température d'échappement située dans la plage allant d'environ 425 à 480 C (800 à 900 F). Il a été trouvé que pour porter la température de l'élément formant détecteur
jusqu'à sa plage de fonctionnement offrant une caracté-
ristique de sortie analogue à celle représentée au niveau
de la référence numérique 12 sur la figure 1, le réchauf-
feur interne devait être surchargé, ce qui entraîne une
rupture prématurée, comme représenté sur la figure 2.
La figure 3 représente un agencement de détec-
tion de gaz d'échappement pour moteur à combustion in-
terne 14 ayant un tuyau d'échappement 16. Un boîtier 18 comporte une antichambre 20, voir figure 7, montée sur le tuyau d'échappement 16 par un raccord vissé 22, voir fi- gure 4. Le raccord est monté sur le tuyau d'échappement de toute manière adaptée, en étant par exemple vissé sur une bague ou un écrou 24 soudé sur le tuyau d'échappement autour d'une ouverture agencée dans celui-ci. Le trajet d'écoulement d'échappement est représenté au niveau de la
flèche 26. Un trajet de diffusion est représenté au ni-
veau de la flèche 28, communiquant avec les gaz d'échap-
pement situés dans le tuyau d'échappement 16, et s'éten-
dant à l'extérieur du tuyau d'échappement à travers le
raccord 22 jusqu'à l'intérieur de l'antichambre 20.
Le raccord 22 a un orifice de restriction 30, voir figures 4 et 5, ayant de préférence un diamètre de
0,23 à 0,25 cm (0,09 à 0,10 pouce), ce qui permet la dif-
fusion de l'échappement gazeux jusqu'à l'intérieur de l'antichambre 20, et réduit la diffusion de l'échappement
particulaire jusqu'à l'intérieur de l'antichambre 20. Ce-
ci améliore la durée de vie de l'élément 32 formant dé-
tecteur en réduisant sa contamination et/ou son empoison-
nement. Ceci est dû au fait que les constituants des gaz d'échappement qui sont nuisibles pour l'élément formant détecteur sont de manière typique de la matière solide, particulaire, mais pas des gaz. La structure repose sur la tendance naturelle des gaz, contrairement à la matière particulaire, à diffuser à travers une petite ouverture,
pour réduire la contamination du détecteur.
L'élément 32 formant détecteur est fourni par un détecteur d'oxygène de combustion pauvre par exemple
une pièce Nippondenso portant la référence n 5-192500-
357, agencée dans le trajet de diffusion et détectant
l'échappement gazeux. Le trajet de diffusion a une ori-
fice de diffusion 34 agencé dans le tuyau d'échappement.
Les gaz d'échappement diffusent à travers l'orifice 30 du raccord 22 le long du trajet de diffusion 28 jusqu'à l'intérieur de l'antichambre 20 et sont détectés par l'élément 32 formant détecteur. Le raccord 22 a une lon-
gueur s'étendant latéralement en s'éloignant de la direc-
tion de l'écoulement d'échappement 26 dans le tuyau d'échappement 16, et un orifice 30 s'étend le long de toute la longueur du raccord 22. Le boîtier 18 comporte
des passages 36 et 38 s'étendant vers l'extérieur à par-
tir de l'antichambre 20, lesquels passages sont bouchés
dans la plupart des applications mais peuvent être lais-
sés ouverts. Le principe de la diffusion sur lequel est basé la présente invention ne nécessite pas un écoulement
continu à travers l'antichambre.
Le trajet de diffusion 28 s'étend depuis le
tuyau d'échappement 16 vers l'élément 32 formant détec-
teur d'oxygène de combustion pauvre, à l'extérieur du
tuyau d'échappement. L'élément formant détecteur, qui se-
ra décrit, est chauffé jusque dans une plage de tempéra-
tures de fonctionnement plus élevée que la température des gaz d'échappement. La restriction agencée dans le trajet de diffusion minimise aussi le refroidissement de l'élément 32 formant détecteur par les gaz d'échappement plus froids en réduisant la vitesse et le volume de
l'écoulement des gaz d'échappement contre l'élément for-
mant détecteur. La restriction 30 est agencée dans le trajet de diffusion 28 en amont de l'élément 32 formant
détecteur et est choisie pour fournir une diffusion suf-
fisante des gaz d'échappement à travers le trajet de dif-
fusion pour être détectés par l'élément formant détecteur mais minimiser le refroidissement de l'élément formant détecteur par les gaz d'échappement à température plus faible. L'élément 32 formant détecteur d'oxygène de
combustion pauvre est monté sur le boîtier 18 et communi-
que avec les gaz d'échappement passant à travers le tuyau d'échappement. L'élément formant détecteur comporte un réchauffeur électrique interne. Un ou plusieurs réchauf- feurs auxiliaires 40, 42 sont montés sur le boîtier 18 dans une position de transfert thermique avec l'élément 32 formant détecteur pour chauffer ce dernier en plus du chauffage de celui-ci par son réchauffeur interne. Le boîtier a une paroi latérale intérieure 44 entourant l'antichambre 20 et définissant sur son côté intérieur une cavité cylindrique fournissant l'antichambre 20, et définissant sur son autre côté une ou plusieurs cavités
46, 48 fournissant des réceptacles de réchauffeur rece-
vant les réchauffeurs auxiliaires respectifs 40, 42. La paroi latérale 44 sépare la cavité 20 formant antichambre
et l'élément 32 formant détecteur des réchauffeurs auxi-
liaires 40, 42 et isole les réchauffeurs auxiliaires des gaz d'échappement. La chaleur provenant des réchauffeurs
auxiliaires 40, 42 est transférée vers l'élément 32 for-
mant détecteur à travers la paroi latérale 44.
Le boîtier 18 a des faces d'extrémité 50 et 52 distalement opposées. L'antichambre 20 est formée par un passage cylindrique s'étendant à travers le boîtier et ayant une première extrémité ouverte 54 au niveau de la face d'extrémité 50 et une seconde extrémité ouverte 56 au niveau de la face d'extrémité 52. L'extrémité 56 vient
en prise de manière vissée avec le raccord 22. L'extrémi-
té 54 est fermée par l'élément 32 formant détecteur ayant une collerette 58 montée sur la face d'extrémité 50 par l'intermédiaire de boulons 60 et 62. L'élément 32 formant détecteur s'étend partiellement à l'intérieur du passage
cylindrique 20 formant antichambre vers l'extrémité 56.
Les cavités 46 et 48 formant réceptacles de réchauffeur sont des cavités à extrémités ouvertes formées par des
passages cylindriques s'étendant à travers le boîtier en-
tre les faces d'extrémité 50 et 52 parallèlement au pas-
sage cylindrique formant antichambre 20 et sur des côtés radialement opposés de celui-ci et séparés de celui-ci par la paroi latérale interne 44. Les réchauffeurs élec- triques auxiliaires 40 et 42 sont de préférence chacun
constitués d'un réchauffeur Watlow, pièce portant le nu-
méro L5EX45A, montée dans la cavité formant réceptacle respectif en y étant vissée. Le réchauffeur auxiliaire ou les plusieurs réchauffeurs auxiliaires 40, 42 chauffent l'élément 32 formant détecteur, en plus du chauffage de celui-ci par son réchauffeur interne, en éliminant ainsi
le besoin de surcharger le réchauffeur interne de l'élé-
ment formant détecteur, en étendant par conséquent la du-
rée de vie de ce dernier, voir figure 2. Ceci minimise de manière souhaitable les ruptures prématurées, ce qui à son tour fournit une durée de vie accrue, en permettant ainsi un fonctionnement continu étendu du moteur entre
intervalles d'entretien, sans arrêt dû à une rupture pré-
maturée du détecteur. En outre, les réchauffeurs auxi-
liaires sont nettement moins coûteux que le détecteur et
donc réduisent le coût des pièces de remplacement en per-
mettant même un remplacement préventif des réchauffeurs
auxiliaires au niveau d'intervalles d'entretien program-
més, et en minimisant encore les risques d'arrêt. Le boî-
tier 18 comporte en outre une cavité 64 à extrémité fer-
mée s'étendant à l'intérieur du boitier depuis la face d'extrémité 50 et recevant par vissage un thermocouple 66 détecteur de chaleur destiné à détecter en retour une
température.
La présente invention permet l'utilisation d'un
détecteur d'oxygène de combustion pauvre dans des appli-
cations de moteur industriel selon des intervalles impor-
tants, d'une manière commercialement valable et accepta-
ble par le marché. La présente invention a d'autres ap-
plications dans divers types de détection d'échappement,
y compris des applications de détection d'oxygène, de mo-
noxyde de carbone, d'hydrocarbures, d'oxydes d'azote et
autres gaz d'échappement.
Il doit être reconnu que divers équivalents, variantes et modifications sont possibles dans la portée
des revendications annexées.
Claims (32)
1. Un procédé pour détecter des gaz d'échappement d'un moteur industriel à combustion interne à combustion pauvre ayant un tuyau d'échappement (16) et fonctionnant à un rapport air/carburant plus grand qu'environ 23/1, et ayant une température d'échappement inférieure à environ 540 C, comprenant l'étape consistant à fournir un détecteur (32) d'oxygène à combustion pauvre non stoechiométrique détectant ledit échappement gazeux et caractérisé par une sortie généralement linéaire sur un diagramme représentant la concentration en oxygène d'échappement en fonction d'une sortie en milliampères ce qui le distingue d'un détecteur d'oxygène stoechiométrique, caractérisé par un coude ou une chute à partir d'un haut niveau vers un bas niveau à une concentration d'oxygène d'échappement approximativement nulle, sur un diagramme représentant la concentration d'oxygène d'échappement en fonction d'une
sortie en millivolts.
2. Un procédé selon la revendication 1 comprenant en outre l'étape consistant à fournir un trajet de diffusion (28) communiquant avec le gaz d'échappement dans ledit tuyau d'échappement (16) et s'étendant de manière externe audit tuyau d'échappement (16), à fournir une restriction (30) dans ledit trajet de diffusion (28) qui permet la diffusion du gaz d'échappement à travers celui-ci et réduit la diffusion de l'échappement
particulaire à travers celui-ci.
3. Un procédé selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à fournir un orifice de diffusion (34) dans le trajet de diffusion (28), au niveau dudit tuyau d'échappement (16), de telle sorte que le gaz d'échappement diffuse à travers ledit orifice de diffusion (34) et le long dudit trajet de diffusion (28), et est détecté par le détecteur (32) d'oxygène à combustion pauvre non stoechiométrique et en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à pourvoir ledit orifice (34) de la restriction (30) de telle manière qu'elle s'étende à distance dudit orifice (34), le long dudit trajet de diffusion (28), ledit trajet de diffusion (28) restreint ayant une longueur sensiblement plus grande que le diamètre dudit orifice (34) et continuant à restreindre la diffusion du flux du gaz d'échappement à travers ledit trajet de diffusion (28)
après son passage à travers ledit orifice (34).
4. Un procédé pour détecter l'oxygène dans un gaz d'échappement d'un moteur industriel à combustion interne à combustion pauvre ayant un tuyau d'échappement (16) et fonctionnant à un rapport air/carburant plus grand qu'environ 23/1, et ayant une température d'échappement inférieure à approximativement 540 C, comprenant l'étape consistant à fournir un détecteur (32) d'oxygène à combustion pauvre non stoechiométrique externe audit tuyau d'échappement (16) et caractérisé par une sortie généralement linéaire sur un diagramme représentant la concentration d'oxygène d'échappement en fonction d'une sortie en milliampères, ce qui le distingue d'un détecteur d'oxygène stoechiométrique caractérisé par un coude ou une chute à partir d'un haut niveau vers un bas niveau de concentration d'oxygène d'échappement approximativement nulle sur un diagramme représentant la concentration d'oxygène d'échappement en fonction d'une sortie en millivolts, ledit détecteur (32) ayant un réchauffeur interne, à fournir un trajet de diffusion (28) de flux à partir du tuyau d'échappement (16) vers ledit détecteur (32), à fournir un réchauffeur auxiliaire (40, 42) en plus dudit réchauffeur interne et à chauffer ledit détecteur (32) dans une gamme de température de fonctionnement plus haute que la température dudit gaz d'échappement, et à fournir des moyens dans ledit trajet de diffusion (28) diminuant le refroidissement dudit
détecteur (32) par ledit gaz d'échappement.
5. Un procédé selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à réduire la vitesse et le volume du flux du gaz d'échappement à proximité du détecteur (32) pour procéder à la diminution du refroidissement dudit détecteur (32) par ledit
gaz d'échappement.
6. Un procédé selon l'une des revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il consiste à espacer au moins une portion de ladite restriction (30) en amont dudit détecteur (32) et à espacer ladite portion de ladite restriction (30) en aval dudit tuyau d'échappement (16), et à choisir ladite restriction (30) de manière à avoir un flux d'échappement gazeux suffisant à travers ledit trajet de diffusion (28) pour être détecté par ledit détecteur (32) mais à minimiser le refroidissement dudit détecteur (32) par le gaz d'échappement
de température plus basse.
7. Un détecteur d'oxygène à combustion pauvre non stoechiométrique pour moteur industriel à combustion interne à combustion pauvre ayant un tuyau d'échappement (16), ledit moteur industriel à combustion interne à combustion pauvre fonctionnant à un rapport air/carburant plus grand qu'environ 23/1, et ayant une température d'échappement inférieure à approximativement 540 C, ledit détecteur d'oxygène à combustion pauvre non stoechiométrique étant caractérisé par une sortie généralement linéaire sur un diagramme représentant la concentration en oxygène d'échappement en fonction de la sortie en milliampères, ce qui le distingue d'un détecteur d'oxygène stoechiométrique, caractérisé par un coude ou une chute à partir d'un haut niveau vers un bas niveau de concentration en oxygène d'échappement approximativement nulle sur un diagramme représentant la concentration d'oxygène
d'échappement en fonction d'une sortie en millivolts.
8. Un détecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il communique avec les gaz d'échappement dans ledit tuyau d'échappement (16) à travers un trajet de diffusion (28) sensiblement plus long que l'épaisseur de la paroi dudit tuyau d'échappement (16), ledit détecteur d'oxygène à combustion pauvre non stoechiométrique ayant une gamme de température de fonctionnement plus élevée que la température du gaz d'échappement dudit moteur à combustion interne industriel à combustion pauvre, des moyens dans ledit trajet de diffusion (28) permettant la diffusion de gaz d'échappement à travers celui-ci, et réduisant la diffusion d'échappement particulaire à travers celui-ci, et de façon concourante minimisant le refroidissement dudit détecteur (32) par le flux d'échappement
gazeux contre celui-ci.
9. Un détecteur d'oxygène pour un moteur à combustion interne ayant un tuyau d'échappement (16), comprenant: - un boîtier (18) monté sur ledit tuyau d'échappement (16); - un élément (32) formant détecteur d'oxygène, monté sur ledit boîtier (18) et en communication avec l'échappement passant à travers ledit tuyau d'échappement (16), ledit élément (32) formant détecteur ayant un réchauffeur interne; - au moins un réchauffeur auxiliaire (40, 42) monté sur ledit boîtier (18), dans une position de transfert thermique avec ledit élément formant détecteur (32), pour chauffer ce dernier en plus du chauffage de celui-ci par
ledit réchauffeur interne.
10. Un détecteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le boîtier (18) comprend une antichambre (20) montée sur ledit tuyau d'échappement (16) par un raccord (22) ayant un orifice de restriction (30), qui permet la diffusion de l'échappement gazeux jusqu'à l'intérieur de ladite antichambre (20), et qui réduit la diffusion de l'échappement particulaire
jusqu'à l'intérieur de l'antichambre (20).
11. Un détecteur selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le boîtier (18) a une paroi intérieure (44), définissant une antichambre (20) sur un premier côté et recevant ledit élément détecteur (32), et un réceptacle de réchauffeur sur un autre côté et recevant lesdits réchauffeurs auxiliaires, de telle sorte que ladite paroi intérieure (44) sépare ledit élément formant détecteur (32) dans ladite antichambre (20) dudit réchauffeur auxiliaire dans ledit réceptacle de réchauffeur, et en ce que la chaleur provenant dudit réchauffeur auxilaire est transféré audit élément détecteur
(32) à travers ladite paroi intérieure (44).
12. Un détecteur selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé
en ce que le boîtier (18) a une première et une seconde face d'extrémité (50, 52) distalement opposées, ladite antichambre (20) comprenant un passage cylindrique s'étendant à travers ledit boîtier (18) et ayant une première extrémité ouverte au niveau de la première face d'extrémité (50) et une seconde extrémité ouverte au niveau de ladite seconde face d'extrémité (52), ladite première extrémité étant fermée par ledit élément détecteur (32) monté sur ladite première face d'extrémité (50) et s'étendant partiellement dans ledit passage cylindrique en direction de ladite seconde extrémité.
13. Un détecteur selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé
en ce que le réceptacle de réchauffeur comprend une cavité s'étendant dans le boîtier (18) à partir de la première face d'extrémité (50) généralement parallèle audit passage cylindrique et séparé de celui-ci par ladite paroi intérieure (44).
14. Un détecteur selon l'une des revendications 11 à 13, comprenant
deux cavités à extrémités ouvertes (46, 48) formées par des passages s'étendant à travers ledit boîtier (18) entre lesdites première et seconde faces d'extrémité (50, 52) et généralement parallèle audit passage cylindrique formant antichambre (20) et sur des côtés distalement opposés
de celui-ci et séparé de celui-ci par ladite paroi intérieure (44).
15. Un détecteur selon l'une des revendications 9 à 14, caractérisé
en ce que le boîtier (18) comprend en outre une cavité à extrémité fermée
dans laquelle est monté un thermocouple (66) mesurant la température.
16. Un détecteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit raccord (22) a une première et une deuxième extrémité et une deuxième extrémité distales opposées et est monté sur ledit tuyau d'échappement (16) au niveau de ladite première extrémité distale et communique avec l'échappement passant à travers ledit tuyau d'échappement (16), ledit orifice de restriction (30) s'étendant à travers ledit raccord (22), de la première extrémité distale à la seconde extrémité distale, ladite antichambre (20) étant montée sur ledit raccord (22) au niveau de la
seconde extrémité distale.
17. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en
ce qu'il comprend l'étape consistant à fournir un trajet de diffusion (28) fournissant un réchauffeur auxiliaire (40, 42), en plus dudit réchauffeur interne, à chauffer ledit détecteur (32) dans une gamme de température de fonctionnement plus haute que la température dudit gaz d'échappement, et à fournir des moyens dans ledit trajet de diffusion (28) diminuant le
refroidissement dudit détecteur (32) par ledit gaz d'échappement.
18. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 3 et 17, consistant
à réduire la vitesse et le volume du flux du gaz d'échappement à proximité du détecteur (32) pour procéder à la diminution du refroidissement dudit
détecteur (32) par ledit gaz d'échappement.
19. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et
17 ou 18, caractérisé en ce qu'il consiste à espacer au moins une portion de ladite restriction (30) en amont dudit détecteur et à espacer ladite portion de ladite restriction (30) en aval dudit tuyau d'échappement (16), et à choisir ladite restriction (30) de manière à avoir un flux d'échappement gazeux suffisant à 'travers ledit trajet de diffusion (28) pour être détecté par ledit détecteur (32) mais à minimiser le refroidissement dudit détecteur (32) par
les gaz d'échappement de température plus basse.
20. Un détecteur d'oxygène à combustion pauvre non stoechiométrique pour moteur industriel à combustion interne à combustion
pauvre, selon les revendications 1 à 3 et 17 à 19, ayant un tuyau
d'échappement (16), ledit moteur industriel à combustion interne à combustion pauvre fonctionnant à un rapport air/carburant plus grand qu'environ 23/1, et ayant une température d'échappement inférieure à approximativement 540 C, ledit détecteur d'oxygène à combustion pauvre non stoechiométrique étant caractérisé par une sortie généralement linéaire sur un diagramme représentant la concentration en oxygène d'échappement en fonction de la sortie en milliampères, ce qui le distingue d'un détecteur d'oxygène stoechiométrique, caractérisé par un coude ou une chute à partir d'un haut niveau vers un bas niveau de concentration en oxygène d'échappement approximativement nulle sur un diagramme représentant la concentration d'oxygène d'échappement en fonction d'une
sortie en millivolts.
21. Un détecteur selon la revendication 20, communiquant avec ledit tuyau d'échappement (16) à travers un trajet de diffusion (28) sensiblement plus long que l'épaisseur de la paroi dudit tuyau d'échappement (16), ledit détecteur d'oxygène à combustion pauvre non stoechiométrique ayant une gamme de température de fonctionnement plus élevée que la température du gaz d'échappement dudit moteur industriel à combustion interne à combustion pauvre, des moyens dans ledit trajet de diffusion (28) permettant la diffusion de gaz d'échappement à travers celui-ci, réduisant la diffusion d'échappement particulaire à travers celui-ci, et de façon concourante minimisant le refroidissement dudit détecteur (32) par le flux
d'échappement gazeux contre celui-ci.
22. Un détecteur selon l'une des revendications 20 ou 21
comprenant: - un raccord (22) ayant une première et une deuxième extrémité distale opposées et monté sur ledit tuyau d'échappement (16) au niveau de ladite première extrémité distale, et communiquant avec les gaz d'échappement passant à travers ledit tuyau d'échappement (16), ledit raccord (22) ayant un orifice restreint (30) s'étendant à travers celui-ci de la première extrémité distale jusqu'à la seconde extrémité distale, ce qui permet la diffusion de l'échappement gazeux à travers ledit orifice (30), et
réduit la diffusion de l'échappement particulaire à travers ledit orifice (30).
- une antichambre (20) montée sur ledit raccord (22) au niveau de la seconde extrémité distale et externe audit tuyau d'échappement (16) et communiquant avec ledit orifice (30) de telle sorte que l'échappement gazeux diffuse à travers ledit orifice (30) jusqu'à l'intérieur de ladite
antichambre (20).
- un élément (32) formant détecteur monté sur ladite antichambre
(20) et détectant ledit échappement gazeux situé dans celle-ci.
23. Un détecteur selon la revendication 22, caractérisé en ce que le raccord (22) a une longueur s'étendant latéralement en s'éloignant de la direction d'écoulement d'échappement dans lesdits moyens d'échappement et en ce que ledit orifice (30) s'étend sur toute la longueur dudit raccord (22)
entre les première et seconde extrémité distales.
24. Un détecteur selon l'une des revendications 22 ou 23, caractérisé
en ce que le raccord (22) est un élément (32) séparé, non intégré audit
tuyau d'échappement (16) et vissé sur ceux-ci.
25. Un détecteur selon l'une des revendications 20 à 24
comprenant: - un boîtier (18) monté sur ledit tuyau d'échappement (16); un élément (32) formant détecteur d'oxygène, monté sur ledit boîtier (18) et en communication avec l'échappement passant à travers ledit tuyau d'échappement (16), ledit élément (32) formant détecteur ayant un réchauffeur interne; - au moins un réchauffeur auxiliaire (40, 42) monté sur ledit boîtier (18) dans une position de transfert thermique avec ledit élément formant détecteur (32) pour chauffer ce dernier en plus du chauffage de celui-ci par
ledit réchauffeur interne.
26. Un détecteur selon la revendication 25, caractérisé en ce que le boîtier (18) comprend une antichambre (20) montée sur ledit tuyau d'échappement (16) par un raccord (22) ayant un orifice de restriction (30), qui permet la diffusion de l'échappement gazeux jusqu'à l'intérieur de ladite antichambre (20), et qui réduit la diffusion de l'échappement particulaire
jusqu'à l'intérieur de l'antichambre (20).
27. Un détecteur selon l'une quelconque des revendications 25 ou
26, caractérisé en ce que le boîtier (18) a une paroi intérieure (44), définissant une antichambre (20) sur un premier côté et recevant ledit élément détecteur (32), et un réceptacle de réchauffeur sur un autre côté et recevant ledit réchauffeur auxiliaire, de telle sorte que ladite paroi intérieure (44) sépare ledit élément formant détecteur (32) dans ladite antichambre (20) dudit réchauffeur auxiliaire dans ledit réceptacle de réchauffeur, et en ce que la chaleur provenant dudit réchauffeur auxilaire est transféré audit
élément détecteur (32) à travers ladite paroi intérieure (44).
28. Un détecteur selon l'une quelconque des revendication 25 à 27, caractérisé en ce que le boîtier (18) a une première et une seconde face d'extrémité (50, 52) distalement opposées, ladite antichambre (20) et comprenant un passage cylindrique s'étendant à travers ledit boîtier (18) et ayant une première extrémité ouverte au niveau de la première face d'extrémité (50) et une seconde extrémité ouverte au niveau de ladite seconde face d'extrémité (52), ladite première extrémité étant fermée par ledit élément détecteur (32) monté sur ladite première face d'extrémité (50) et s'étendant partiellement dans ledit passage cylindrique en direction de
ladite seconde extrémité.
29. Un détecteur selon l'une quelconque des revendication 27 ou 28, caractérisé en ce que le réceptacle de réchauffeur comprend une cavité s'étendant dans le boîtier (18) à partir de la première face d'extrémité (50) généralement parallèle audit passage cylindrique et séparé de celuici par
ladite paroi intérieure (44).
30. Un détecteur selon l'une quelconque des revendications 27 à 29,
comprenant deux cavités à extrémités ouvertes (46, 48) formées par des passages s'étendant à travers ledit boîtier (18) entre lesdites première et seconde faces d'extrémité (50, 52) et généralement parallèle audit passage cylindrique formant antichambre (20) et sur des côtés distalement opposés
de celui-ci et séparé de celui-ci par ladite paroi intérieure (44).
31. Détecteur selon l'une quelconque des revendication 20 à 30, caractérisé en ce que le boîtier (18) comprend en outre une cavité à extrémité fermée dans laquelle est monté un thermocouple (66) mesurant la température.
32. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 22 à 31,
caractérisé en ce que ledit raccord (22) a une première et une deuxième extrémité et une deuxième extrémité distale opposées et est monté sur ledit tuyau d'échappement (16) au niveau de ladite première extrémité distale et communique avec l'échappement passant à travers ledit tuyau d'échappement (16), ledit orifice de restriction (30) s'étendant à travers ledit raccord (22) à partir de la première extrémité distale vers la seconde extrémité distale, ladite antichambre (20) étant montée sur ledit raccord (22)
au niveau de la seconde extrémité distale.
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