FR2918576A1 - Systeme d'alimentation d'un liquide pour vehicule et module pompe/filtre integre. - Google Patents

Systeme d'alimentation d'un liquide pour vehicule et module pompe/filtre integre. Download PDF

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Abstract

Système d'alimentation pour un liquide comprenant un réservoir à liquide, une ligne d'alimentation, une pompe, un filtre et un dispositif permettant de purger la ligne, la pompe et le filtre et comprenant un dispositif anti-retour empêchant l'entrée de liquide dans ces éléments une fois purgés. Dans ce système, la pompe, le filtre et le dispositif anti-retour sont combinés en un module compact, le filtre entourant au moins en partie la pompe et le dispositif anti-retour faisant partie intégrante d'un boîtier commun entourant le filtre et au moins une partie de la pompe.

Description

Système d'alimentation d'un liquide pour véhicule et module pompe/filtre
intégré La présente invention concerne un système d'alimentation d'un liquide pour véhicule ainsi qu'un module pompe/filtre intégré convenant pour ledit système. Avec l'entrée en vigueur en 2005 de la norme Euro IV sur les émissions à l'échappement pour les poids lourds, des dispositifs de dépollution des NOx (ou oxydes d'azote) ont dû être mis en place. Le système retenu par la plupart des constructeurs de poids lourds pour réduire les émissions de NOx à la valeur requise consiste à réaliser une réaction de catalyse sélective avec des réducteurs tels que l'urée ( Urea SCR ou Réduction Catalytique Sélective utilisant l'ammoniac généré in situ dans les gaz d'échappement par décomposition de l'urée). Pour ce faire, il est nécessaire d'équiper les véhicules d'un réservoir contenant une solution d'urée, d'un dispositif pour doser la quantité d'urée à injecter dans la ligne d'échappement et d'un dispositif d'alimentation en solution d'urée du dispositif pour doser la quantité d'urée à injecter. En général, le dispositif d'alimentation comprend une ligne d'alimentation, une pompe et un filtre qui sont généralement des éléments séparés qui peuvent ou non être intégrés à une platine commune ou embase de préférence immergée. En cas de gel, il est avantageux de pouvoir purger la ligne d'alimentation (ainsi que la pompe, le filtre... et tous les composants situés sur celle-ci) afin d'éviter des dommages suite à la formation de glace. Ainsi, la demande WO 2006/064028 au nom de la demanderesse décrit un système d'alimentation d'urée conçu pour pouvoir purger entièrement et en une seule étape, la ligne d'alimentation en cas de gel sous une température donnée et/ou à chaque arrêt du moteur. Toutefois, pour éviter que les éléments purgés ne se remplissent à nouveau de liquide lorsque la pompe est arrêtée une fois la purge effectuée, il est préférable de munir l'endroit d'aspiration (piquage) sur le réservoir d'un dispositif anti-retour. La demande PCT/EP2007/055613 également au nom de la demanderesse propose une solution à ce problème en munissant ledit piquage d'une combinaison cloche/siphon évitant le transfert de liquide du réservoir vers les -2
éléments purgés. Toutefois, dans le système décrit dans cette demande, le filtre, la pompe et la cloche/siphon sont des éléments séparés, il est vrai intégrés à une embase commune immergée dans le réservoir, mais dont l'encombrement est toutefois élevé.
La présente invention vise à résoudre ce problème en fournissant un module pompe/filtre compact susceptible à la fois d'alimenter une ligne d'alimentation d'un liquide sur un véhicule et de purger ladite ligne tout en maintenant la ligne purgée exempte de liquide. A cet effet, la présente invention concerne un système d'alimentation pour un liquide comprenant un réservoir à liquide, une ligne d'alimentation, une pompe, un filtre et un dispositif permettant de purger la ligne, la pompe et le filtre et comprenant un dispositif anti-retour empêchant l'entrée de liquide dans ces éléments une fois purgés. Dans ce système, la pompe, le filtre et le dispositif anti-retour sont combinés en un module compact, le filtre entourant au moins en partie la pompe et le dispositif anti-retour faisant partie intégrante d'un boîtier commun entourant le filtre et au moins une partie de la pompe. Le liquide concerné par la présente invention est de préférence un composé liquide aux conditions normales d'utilisation et qui remplit une fonction active dans un véhicule de type automobile, poids lourd.... Ce liquide peut être utilisé pour le nettoyage, la lubrification, le freinage, la suspension, le refroidissement ou la dépollution notamment. Dans une forme de réalisation particulièrement appropriée, l'invention est utilisée dans le contexte de la dépollution des gaz d'échappement des véhicules. Dans ce cas le fluide peut être par exemple un additif utilisé pour la régénération d'un filtre à particules (FàP) ou peut être injecté dans les gaz d'échappement pour en réduire la teneur en NOx. Dans le cas d'un additif pour FàP, il s'agit généralement d'une composition, en solution dans un solvant hydrocarboné, d'un catalyseur de combustion à basse température de particules solides carbonées produites par la combustion incomplète d'un hydrocarbure lourd dans un moteur à allumage spontané. Par hydrocarbure lourd, on entend un carburant liquide ou pâteux à température ordinaire dont les molécules comprennent plus de 9 atomes de carbone. Un exemple d'un tel hydrocarbure lourd est une coupe pétrolière appelée gasoil, utilisable dans les moteurs de type Diesel. Des exemples d'additifs liquides qui conviennent sont les sels de fer et de cérium en solution hydrocarbonée. En particulier, les solutions disponibles sous l'appellation commerciale EOLYS conviennent bien pour les FàP. -3
Toutefois, la présente invention s' applique particulièrement bien à un agent réducteur susceptible de réduire les NOx présents dans les gaz d'échappement du moteur du véhicule. Il s'agit avantageusement d'un précurseur d'ammoniac en solution aqueuse. L'invention donne de bons résultats avec les solutions aqueuses d'urée et en particulier, les solutions eutectiques d'urée telles que les solutions d'AdBlue dont la teneur en urée est comprise entre 31,8 % et 33,2 % en poids et qui contiennent environ 18 % d'ammoniac. L'invention peut également s' appliquer aux mélanges urée/formate d'ammonium également en solution aqueuse, vendus sous la marque Denoxium et qui contiennent environ 13 % d'ammoniac. Ces derniers présentent comme avantage par rapport à l'urée, le fait de ne geler qu'à partir de -35 C (par rapport à -11 C), mais présentent comme inconvénients, des problèmes de corrosion liés à la libération d'acide formique. Le système selon l'invention comprend au moins un réservoir destiné au stockage de l'additif. Ce réservoir peut être en une matière quelconque, de préférence ayant une résistance chimique à l'additif concerné. Il s'agit en général de métal ou de matière plastique. Dans le cas de l'urée, les résines polyoléfines, en particulier le polyéthylène (et plus particulièrement, le PEHD ou polyéthylène haute densité), constituent des matériaux préférés.
De préférence, comme évoqué ci-dessus et comme décrit dans la demande PCT/EP2007/055613 susmentionnée (dont le contenu à cet effet est incorporé par référence dans la présente demande), le réservoir est muni d'une embase ou platine qui est une pièce aplatie (c.à.d. dont l'épaisseur est plus faible que sa longueur ou son diamètre) destinée à obturer une ouverture dans sa paroi inférieure. A noter que cette pièce peut être creuse et délimiter une enceinte qui communique avec le réservoir par un orifice à travers lequel l'additif peut circuler. Elle présente généralement un périmètre refermé sur lui-même, de forme quelconque. Le plus souvent, son périmètre a une forme circulaire. De préférence, cette embase intègre le module pompe/filtre/dispositif anti- retour selon l'invention. On entend par là que ce module est soit fixé sur cette embase soit réalisé au moins en partie d'une pièce avec celle-ci. De manière préférée, l'embase intègre plusieurs autres composants actifs en stockage et/ou dosage et de manière tout particulièrement préférée, elle intègre tous les composants actifs qui sont amenés à être en contact avec l'additif liquide se trouvant dans, partant de ou arrivant dans le réservoir à additif. -4
De manière tout particulièrement préférée, elle intègre également (en étant moulé d'une pièce avec elle, de préférence par injection d'une matière plastique) une pipette permettant d'y raccorder la ligne d'alimentation du système selon l'invention. De préférence, cette pipette et/ou la ligne sont munies de reliefs complémentaires permettant de les assembler par rapidement par une connexion rapide de type snap fit ou quick connect bien connue de l'homme du métier. Généralement, la ligne d'alimentation est en matière plastique également (par exemple à base de polyamide 6,6) et elle peut être munie d'un élément chauffant (par exemple un filament chauffant enroulé à sa surface puis recouvert de caoutchouc). Dans cette variante (module intégré à une embase immergée), il est avantageux que ledit module soit situé à l'intérieur d'un volume (fermé ou non) à l'intérieur duquel, de préférence, au moins une partie d'un élément chauffant est fixée. De manière tout particulièrement préférée, ce volume est fermé c'est-à- dire est délimité par une paroi latérale substantiellement pleine jouant le rôle de piège pour le fluide (assurant un volume minimum de liquide dans toutes les conditions d'utilisation). Par substantiellement pleine , on entend que cette paroi peut comprendre des orifices mais alors, dans une partie supérieure de manière à pouvoir piéger du liquide (urée) dans sa partie inférieure. Dans cette variante, le piège peut soit être réalisé d'une pièce avec l'embase soit être fixée sur celle-ci, la première alternative étant préférée. De préférence, l'élément chauffant est un réchauffeur flexible (piste résistive insérée entre deux films flexibles ou apposée sur un film flexible) comme décrit dans la demande FR 0755118 au nom de la demanderesse et dont le contenu à cet effet est incorporé par référence dans la présente demande. Dans le cadre de l'invention, la pompe est de préférence une pompe rotative de n'importe quel type connu, de préférence entraînée par un moteur à couplage magnétique et dont le contrôle est de préférence électronique (géré par un ECM ou Electronic Control Module).
Une pompe qui convient particulièrement bien et qui fait l'objet d'une demande co-pendante au nom de la demanderesse consiste en une pompe rotative comprenant un axe de rotation solidaire à la fois d'un élément de pompage mécanique et d'un rotor aimanté, ce rotor comprenant au moins un évidement à travers lequel le fluide aspiré par l'élément de pompage mécanique est forcé. -5
De préférence, l'élément de pompage consiste en au moins deux engrenages (roues dentées) qui permettent, par rotation, de transvaser et d'augmenter la pression du fluide. De préférence également, tout le liquide aspiré par la pompe est soumis successivement à l'action de l'élément mécanique et du rotor magnétique soit dans cet ordre, soit dans l'ordre inverse. De préférence, le fluide est d'abord aspiré par l'élément mécanique et est ensuite forcé à travers l'évidement du rotor dont la rotation lui confère un mouvement (trajectoire) hélicoïdal associé à une certaine accélération.
Un champ magnétique est généralement appliqué au rotor d'une telle pompe à l'aide d'un stator comprenant une ou plusieurs bobines magnétiques. Dans une variante préférée (en termes d'efficacité de couplage), les bobines du stator sont en contact direct avec le rotor (moyennant interposition de son boîtier, le cas échéant).
L' alimentation électrique de ces bobines est de préférence gérée de manière électronique comme expliqué précédemment. Dès lors, la pompe selon cette variante de l'invention comprend également de préférence un ou plusieurs circuits imprimés (cartes électroniques). Les cartes et/ou le stator peuvent ou non être intégrés au module compact selon l'invention et donc, être compris dans le boîtier commun. De préférence, ils le sont. Selon l'invention, un filtre entoure au moins en partie la pompe. De manière préférée, la pompe aspire à travers ce filtre de sorte qu'elle est protégée des impuretés. Ce filtre peut être de tout type connu. Un simple papier filtrant plié en accordéon donne de bons résultats. De préférence, dans la variante préférée explicitée ci-dessus, le filtre entoure au moins l'élément de pompage mécanique. Dans cette variante, le filtre et l'élément mécanique peuvent être situés dans la partie inférieure de la pompe et être surplombés par le rotor, le tout étant entouré par un couvercle qui est le boîtier commun selon cette variante de l'invention et qui est lui-même surplombé par le stator et les cartes électroniques entourés par une enceinte étanche supérieure. Toutefois, de manière préférée, le boîtier commun du module selon l'invention comprend un couvercle et une partie inférieure et : ù la partie inférieure consiste en une enceinte étanche qui comprend le rotor, le stator et les cartes électroniques et sur laquelle repose le filtre ; et -6
û le couvercle entoure le filtre et l'élément mécanique et est fixé via une liaison vis-écrou sur l'enceinte étanche. Le système selon l'invention comprend également un dispositif permettant de purger la ligne, la pompe et le filtre. Cette purge peut se faire comme décrit dans la demande WO 2006/064028 susmentionnée c.à.d. à l'aide d'air comprimé ou en aspirant des gaz d'échappement ou de l'air à travers un injecteur soit en utilisant une vanne 4 voies, soit en inversant le sens de rotation de la pompe. Cette dernière variante est préférée (car ne nécessite pas de composant supplémentaire dans le système) et convient particulièrement bien pour le type de pompe susmentionné (à engrenages et avec entraînement magnétique). Enfin, le système selon l'invention comprend un dispositif anti-retour empêchant l'entrée de liquide dans les éléments purgés une fois la pompe arrêtée. Ce dispositif est intégré au boîtier commun c.à.d. qu'il est soit fixé sur ce boîtier, soit moulé d'une pièce avec lui et/ou tributaire de sa géométrie, cette dernière variante étant préférée. Ce dispositif est de préférence disposé au point d'aspiration du liquide dans le réservoir. Ce dispositif doit bien entendu permettre l'alimentation de la ligne d'alimentation c.à.d. qu'il ne s'agit pas à proprement parler d'un dispositif antiretour puisqu'il doit permettre l'écoulement de liquide du réservoir vers les éléments purgés lorsque la pompe fonctionne/se met en marche en mode alimentation . Dès lors, de manière particulièrement avantageuse, ce dispositif comprend une partie en siphon (et de manière tout particulièrement préférée : une combinaison cloche/siphon comme évoquée précédemment) de géométrie telle qu'une fois les éléments (ligne, pompe et filtre) purgés et remplis de gaz, cette partie en siphon ne permet l'écoulement de liquide du réservoir vers les éléments que si la pompe est mise en marche en mode alimentation (c.à.d. pour générer une dépression au point d'aspiration dans le réservoir et une pression à sa sortie). Dans le cas où la pompe est immergée dans le liquide à pomper, il suffit de faire en sorte que le couvercle susmentionné ait la forme d'une cloche qui ne s'étend pas (du moins entièrement) jusqu'au fond du réservoir et n'est pas accolée à l'enceinte et/ou au filtre. De manière tout particulièrement préférée, la cloche et l'enceinte/le filtre sont disposées de manière à créer un chemin pour le fluide tel que, lorsque la pompe est en marche avant (pour alimenter le fluide), le fluide est aspiré par en-dessous de la cloche à travers une cavité annulaire comprise entre la surface interne de la cloche et la surface externe de - 7
l'enceinte/du filtre, pour finalement être aspiré à travers ce dernier par l'élément de pompage mécanique. En d'autres termes : la cloche présente de préférence au moins une ouverture dans sa partie inférieure (qui est de préférence une ouverture annulaire occupant toute sa circonférence inférieure, ce qui revient à dire que la cloche repose sur le filtre en fait et non sur le fonds du réservoir) et elle est disposée de manière à créer une cavité annulaire comprise entre sa surface interne et la surface externe de l'enceinte/du filtre par où le liquide peut être aspiré à travers le filtre via l'ouverture inférieure de la cloche.
Dans cette variante, si la pompe est mise à tourner en sens inverse (c.à.d. fonctionne en mode purge), puis est arrêtée, une poche d'air sera formée autour du filtre qui gardera celui-ci au sec jusqu'au redémarrage de la pompe, qui sera dès lors plus rapide en cas de gel (puisqu'on aura ainsi à coup sûr évité la formation d'un bouchon de glace au niveau du filtre).
La présente invention concerne également un module compact convenant pour un système tel que décrit ci-dessus et comprenant une pompe, un filtre entourant au moins en partie la pompe et un dispositif anti-retour faisant partie intégrante d'un boîtier commun entourant le filtre et au moins une partie de la pompe.
De préférence, ce module est intégré à une embase immergée dans un réservoir à liquide tel que décrit précédemment. Dès lors, la présente invention concerne également un réservoir à liquide comprenant une embase immergée intégrant un module tel que décrit précédemment et dont le boîtier commun comprend un couvercle et une partie inférieure qui sont tels que : û la partie inférieure consiste en une enceinte étanche qui comprend une paroi substantiellement cylindrique munie d'un fond et moulée d'une pièce avec l'embase ainsi qu'un couvercle assemblé de manière étanche avec cette paroi cylindrique, sur lequel repose le filtre et à travers lequel l'axe de rotation est inséré de manière étanche; et û le couvercle entoure le filtre et l'élément mécanique et est fixé via une liaison vis-écrou sur l'enceinte étanche. Dans cette variante, l'embase est de préférence à base de matière plastique injectée. Une embase injectée à base de polyamide 6,6 vierge (non renforcé) donne de bons résultats. La cloche est de préférence également à base de matière plastique injectée et de manière tout particulièrement préférée, à base d'un -8
matériau à faible adsorption d'eau tel qu'un PPA (polyphtalamide) ou un PPS (polysulfure de phénylène). La présente invention est illustrée de manière non limitative par les figures 1 et 2.
La figure 1 consiste en une coupe par un plan parallèle à l'axe de rotation dans une pompe selon une variante avantageuse de l'invention et destinée à injecter une solution d'urée dans les gaz d'échappement d'un véhicule à diesel. La figure 2 consiste en un détail de certains éléments illustrés sur la figure 1 (notamment du rotor (6) et de son support (5)).
Sur ces figures, des n identiques désignent des éléments identiques. La pompe qui est illustrée à la figure 1 comprend un couvercle (1) en forme de cloche entourant un système d'engrenages (2) lui-même entouré par un filtre (3). Elle comprend également une enceinte inférieure étanche (4) constituée d'un couvercle et d'une paroi cylindrique munie d'un fond et moulée d'une pièce avec une embase (10) immergée dans un réservoir à urée (non représenté). Cette embase comprend également un piège à urée (11) moulé d'une pièce avec elle ainsi qu'une pipette (12), également moulée d'une pièce avec elle et destinée à être raccordée à une ligne d'alimentation de l'urée vers les gaz d'échappement d'un moteur (éléments non représentés). L'enceinte inférieure (4) comprend un rotor aimanté constitué d'un aimant (6) muni d'un support interne (5) et étant contenu dans un boîtier (8) comprenant une tige creuse clipsée de manière étanche dans la pipette (12). Ce boîtier est fixé au couvercle de l'enceinte (4) par une pièce de fixation annulaire (13) et il est entouré par des bobines magnétiques (7). Le fonctionnement de la pompe est géré par un contrôleur comprenant des cartes électroniques (9) également contenues dans l'enceinte étanche (4). La géométrie de l'aimant (6) et de son support (5) est illustrée en détail à la figure 2 qui montre d'une part ces deux éléments pris séparément et assemblés (vue supérieure) et ensuite, le support (5) uniquement (vue inférieure). On peut y voir que le support (5) a la forme d'une sorte de bouchon comprenant un capuchon (14), une partie cylindrique interne creuse (15) destinée à recevoir l'axe de rotation et des ailettes (16) ayant une surface latérale substantiellement hélicoïdale. Les arêtes de ces ailettes définissent une paroi cylindrique extérieure munie d'évidements substantiellement hélicoïdaux. Cette géométrie confère à l'écoulement du l'urée au sein du support (5), une sorte de profil hélicoïdal -9
( screw profile ) qui permet de l'accélérer et ce faisant, d'augmenter l'efficacité de la pompe.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Système d'alimentation pour un liquide comprenant un réservoir à liquide, une ligne d'alimentation du liquide, une pompe, un filtre et un dispositif permettant de purger la ligne, la pompe et le filtre et comprenant un dispositif anti-retour empêchant l'entrée de liquide dans ces éléments une fois purgés, caractérisé en ce que la pompe, le filtre et le dispositif anti-retour sont combinés en un module compact, le filtre entourant au moins en partie la pompe et le dispositif anti-retour faisant partie intégrante d'un boîtier commun entourant le filtre et au moins une partie de la pompe.
2. Système selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la pompe aspire à travers le filtre.
3. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif anti-retour comprend une partie en siphon de géométrie telle qu'une fois les éléments (ligne, pompe et filtre) purgés et remplis de gaz, cette partie ne permet l'écoulement de liquide du réservoir vers les éléments que si la pompe est mise en marche.
4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pompe est une pompe rotative comprenant un axe de rotation solidaire à la fois d'un élément de pompage mécanique et d'un rotor aimanté, ce rotor comprenant au moins un évidement à travers lequel le fluide aspiré par l'élément de pompage mécanique est forcé ; et en ce que le filtre entoure au moins l'élément de pompage mécanique.
5. Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pompe comprend un stator et des cartes électroniques ; en ce que le boîtier commun comprend un couvercle et une partie inférieure et en ce que : û la partie inférieure consiste en une enceinte étanche qui comprend le rotor, le stator et les cartes électroniques et sur laquelle repose le filtre ; et û le couvercle entoure le filtre et l'élément mécanique et est fixé via une liaison vis-écrou sur l'enceinte étanche.-11-
6. Système selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le couvercle a la forme d'une cloche ayant au moins une ouverture dans sa partie inférieure et en ce qu'elle est disposée de manière à créer une cavité annulaire comprise entre sa surface interne et la surface externe de l'enceinte/du filtre par où le liquide peut être aspiré à travers son ouverture inférieure.
7. Système selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'élément de pompage mécanique comprend au moins deux engrenages et en ce que la purge est effectuée en inversant le sens de rotation de la pompe.
8. Module convenant pour un système selon l'une quelconque des revendications précédentes, et comprenant une pompe, un filtre entourant au moins en partie la pompe et un dispositif anti-retour faisant partie intégrante d'un boîtier commun entourant le filtre et au moins une partie de la pompe.
9. Réservoir à liquide comprenant une embase immergée intégrant un module selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le boîtier commun comprend un couvercle et une partie inférieure et en ce que : - la partie inférieure consiste en une enceinte étanche qui comprend une paroi substantiellement cylindrique munie d'un fond et moulée d'une pièce avec l'embase ainsi qu'un couvercle assemblé de manière étanche avec cette paroi cylindrique, sur lequel repose le filtre et à travers lequel l'axe de rotation est inséré de manière étanche; et ù le couvercle entoure le filtre et l'élément mécanique et est fixé via une liaison vis-écrou sur l'enceinte étanche.
10. Utilisation d'un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou d'un module selon la revendication 8 ou d'un réservoir selon la revendication 9, dans un système SCR (de réduction catalytique sélective des NOx dans les gaz d'échappement d'un véhicule) utilisant une solution eutectique eau/urée.
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