FR2939849A1 - Installation de transfert de liquide de post-traitement des gaz d'echappement dans un vehicule automobile - Google Patents

Abstract

Installation de transfert de liquide (1) notamment pour transférer des liquides de post-traitement des gaz d'échappement par exemple une solution aqueuse d'urée pour un moteur à combustion (20). L'installation comprend : - une membrane active (4) mobile, - une chambre de travail (6) pour un liquide à transférer, cette chambre pouvant être agrandie et diminuée par la membrane active (4), mobile, - au moins un branchement de liquide (7, 8) pour la chambre de travail (6), et - au moins un moyen (10) pour déplacer la membrane active (4), qui comporte au moins un élément de renforcement (5).

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation de transfert de liquide notamment pour transférer des liquides de post-traitement des gaz d'échappement, par exemple une solution aqueuse d'urée pour un moteur à combustion comprenant : - une membrane active mobile, - une chambre de travail pour un liquide à transférer, cette chambre pouvant être agrandie et diminuée par la membrane active, mobile, - au moins un branchement de liquide pour la chambre de travail, et - au moins un moyen pour déplacer la membrane active. L'invention concerne également un système comportant une telle installation de transfert de liquide et un véhicule équipé d'un tel système. Etat de la technique Les installations de transfert de liquide sont utilisées dans des applications techniques les plus diverses. Les systèmes d'alimentation ou d'injection d'un milieu de post-traitement des gaz d'échappement, par exemple l'injection d'une solution aqueuse d'urée dans une conduite de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, nécessitent des installations de transfert de liquide pour fournir le milieu de post-traitement des gaz d'échappement à partir d'un réservoir qui contient ce milieu, à un injecteur qui l'introduit dans la conduite des gaz d'échappement du moteur à combustion. Ce milieu ou liquide de post-traitement des gaz d'échappement ainsi injecté a pour but de réduire, dans un catalyseur en aval, les matières nocives contenues dans les gaz d'échappement du moteur. L'installation de transfert de liquide pompe le liquide de post-traitement des gaz d'échappement du réservoir vers l'injecteur. L'installation de transfert de liquide est par exemple une pompe à membrane entraînée par une transmission à vilebrequin. L'installation de transfert de liquide pompe en continu le milieu de post-traitement des gaz d'échappement pour alimenter l'injecteur. Il faut pour cela que la membrane de l'installation de transfert puisse fonctionner en permanence à des pressions importantes.

2 Le document WO 2005/024232 Al décrit une installation de transfert de liquide du type défini ci-dessus sous la forme d'une pompe à membrane. Un boîtier loge une bobine électromagnétique et le palier lisse en forme de manchon du boîtier reçoit un piston en forme de pot mobile axialement. Une extrémité du piston s'appuie contre un ressort de compression. Une chambre de pompe est formée par une cavité dans la tête du piston et la chambre de pompage est délimitée d'un côté par une membrane. Le côté de la membrane tourné vers le piston a un prolongement qui traverse un perçage central du piston. Le piston est ainsi relié à la membrane. Deux clapets antiretour permettent d'introduire le liquide dans la chambre de pompe et de l'en évacuer. Lorsque la bobine électromagnétique est alimentée, elle déplace le piston contre la force développée par les ressorts de compression jusqu'à ce que le piston s'applique avec sa bride contre une vis de réglage. Au cours de ce mouvement, la membrane solidaire axialement du piston, est entraînée de sorte qu'elle génère une dépression dans la chambre de pompe. Cette dépression aspire le liquide dans la chambre de pompe. Après coupure de l'alimentation de la bobine électromagnétique, le piston revient sous l'effet de la force développée par le ressort de compression, jusqu'à ce qu'il soit en appui par sa bride contre une surface formant épaulement du boîtier de pompe. Cette opération de coulissement axial, entraîne la membrane et la déforme élastiquement de sorte que le liquide à transférer qui se trouve dans la chambre de la pompe, est mis en pression et le clapet antiretour réalisé sous la forme d'une soupape de sortie, permet de pomper le liquide à transférer hors de la chambre de pompe. L'inconvénient de cette solution est que la membrane élastique est en une seule pièce et ne peut normalement fonctionner longtemps à des pressions relativement importantes par exemple supérieures à 6 bars. Le document DE 26 18 786 Al décrit une pompe à membrane du type défini ci-dessus. Le côté de la membrane non tourné vers la chambre de pompe porte un organe élastique participant à la course de pression sous l'effet de l'actionnement mécanique de la membrane.

3 Le document DE 41 19 228 C2 décrit une pompe à membrane du type défini ci-dessus. La chambre active est délimitée par une paroi de chambre en forme de calotte et par un boîtier de pompe fixé par son bord extérieur en formant une membrane active élastique.

Le côté de la membrane non tourné vers la chambre de travail, comporte une installation d'amortissement réalisée sous une forme annulaire venant sous la zone annulaire de la membrane et amortissant le bruit. La membrane active élastique n'est pas renforcée de sorte qu'elle ne permet, en général, de travailler en continu qu'à des io pressions élevées. Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne une installation de transfert de liquide du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que la membrane active comporte au moins un élément de renforcement. Cet élément de 15 renforcement stabilise et renforce la membrane active qui pourra transférer en permanence et de manière fiable, du liquide dans une zone à haute pression. Les branchements de liquide avec des clapets ou soupapes, peuvent être réalisés pour que les fonctions des branchements de liquide du côté entrée et du côté sortie du liquide, 20 soient interchangeables. Selon un autre développement, l'élément de renforcement est en une autre matière que la partie restante de la membrane active qui n'appartient pas à l'élément de renforcement et/ou l'élément de renforcement fait partie de la membrane active. Cet élément de 25 renforcement présente ainsi d'autres propriétés que la partie restante et peut participer à la stabilisation de la partie restante de la membrane active. Selon une variante, l'élément de renforcement est déformable avec la partie restante de la membrane active pour 30 augmenter ou diminuer la chambre de travail, par une liaison par la matière et/ou la forme et/ou par la force de l'élément de renforcement et de la partie restante de la membrane active qui n'appartient pas à l'élément de renforcement. Cet élément de renforcement et la partie restante se déforment ainsi pratiquement de la même manière du fait de

4 leur liaison et constituent une unité servant à agrandir ou à diminuer la chambre de travail. L'élément de renforcement est au moins en partie en métal ou en matière synthétique ou plastique telle que du caoutchouc.

Selon une variante, la partie restante de la membrane de travail qui n'appartient pas à l'élément de renforcement, est au moins en partie en métal ou en matière synthétique ou plastique telle que du caoutchouc. Selon un développement complémentaire, la matière de l'élément de renforcement a un module d'élasticité plus grand par exemple double de celui de la matière restante de la membrane active qui n'appartient pas à l'élément de renforcement. Cet élément de renforcement stabilise la partie restante grâce à son plus grand module d'élasticité.

De manière préférentielle, la matière de l'élément de renforcement est élastique et/ou souple ce qui permet à l'élément de renforcement de se déformer avec la partie restante. Selon un autre développement, la matière de la partie restante de la membrane active qui ne fait pas partie de l'élément de renforcement, est élastique et/ou souple. Selon une variante supplémentaire, l'élément de renforcement est au moins un ressort Belleville et/ou au moins un tissu et/ou au moins une pièce en fibre et/ou au moins une nappe tissée. Selon un développement, le ressort Belleville comporte au moins une cavité, notamment une fente pour en diminuer la constante de ressort. Selon un développement complémentaire, l'élément de renforcement, notamment le ressort Belleville, est pratiquement parallèle à la partie restante de l'élément de renforcement qui ne fait pas partie de la membrane active. De manière préférentielle, l'élément de renforcement est entouré au moins partiellement et notamment complètement par la partie restante de la membrane active qui ne fait pas partie de l'élément de renforcement. L'élément de renforcement et la partie restante sont ainsi reliés par une liaison par la forme et ils se déforment au moins en partie de la même manière. Selon un développement complémentaire, l'élément de renforcement est relié notamment directement ou par l'intermédiaire 5 d'un insert tel qu'un insert vissé ou enfiché à l'aide d'une tige avec au moins un moyen pour déplacer la membrane active. Le moyen servant à déplacer la membrane active comprend de préférence un entraînement à manivelle ou un électro-aimant.

Un système selon l'invention pour introduire ou injecter un milieu de post-traitement des gaz d'échappement tel que par exemple une solution aqueuse d'urée dans la conduite des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, comprend de préférence la conduite des gaz d'échappement du moteur, un injecteur pour introduire le liquide de post-traitement des gaz d'échappement dans la conduite des gaz d'échappement, un réservoir contenant le liquide de post-traitement des gaz d'échappement, une installation de transfert de liquide, au moins une conduite pour fournir le liquide de post-traitement à la conduite des gaz d'échappement et cette conduite est équipée d'une installation de transfert de liquide telle que définie ci- dessus. L'invention concerne également un véhicule automobile équipé d'une installation de transfert de liquide et/ ou d'un système d'alimentation d'un milieu de post-traitement des gaz d'échappement tel qu'une solution aqueuse d'urée dans la conduite des gaz d'échappement d'un moteur à combustion. Dessins - la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'une installation de transfert de liquide, dont la membrane active avec un élément de renforcement, occupe une première position, - la figure 2 montre l'installation de transfert de liquide de la figure 1 avec la membrane active et son élément de renforcement dans une seconde position, - la figure 3 est une vue de face de l'élément de renforcement de l'installation de transfert de liquide selon la figure 1,

6 - la figure 4 est une vue schématique d'un système d'injection d'un milieu de post-traitement de gaz d'échappement dans la conduite des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, - la figure 5 est une représentation très simplifiée d'un véhicule.

Description de modes de réalisation de l'invention Les figures 1 et 2 représentent une coupe longitudinale d'une installation de transfert de liquide 1 sous la forme d'une pompe à membrane pour débiter ou pomper un milieu, c'est-à-dire un liquide de post-traitement de gaz d'échappement dans un système 2 et introduire ce liquide dans une conduite de gaz d'échappement 21 d'un moteur à combustion 20. Un boîtier de moteur en forme de pot 25 (représenté seulement en partie) loge un entraînement à manivelle 11 relié par l'intermédiaire d'une tige 12 en forme de bielle 13 à un moyen 10 pour déplacer une membrane active 4. Le boîtier en forme de pot 25 est fermé par une plaque formant couvercle 26. Le boîtier en forme de pot 25 du moteur, de forme cylindrique, est ainsi fermé à la manière d'un couvercle par la plaque de raccordement 26. La plaque de raccordement 26 est en une matière plastique transparente et laissant passer un faisceau laser. Le pot 25 formant le boîtier d'entraînement, est en matière plastique absorbant le faisceau laser. Cela permet de relier d'une manière particulièrement avantageuse la plaque de raccordement 26 et le boîtier en forme de pot 25 par soudage au laser à l'aide de l'entretoise de soudage 28 entre le boîtier en forme de pot 25 et la plaque de raccordement 26. L'entretoise de soudage 28 est réalisée de préférence étanche au fluide. Un premier branchement de liquide 7 est réalisé dans la plaque de raccordement 26. A l'extrémité du premier branchement de liquide 7, le boîtier en forme de pot 25 comporte une soupape 9 en forme de clapet antiretour d'entrée 16. Le premier branchement de liquide 7 se trouve ainsi également dans le boîtier en forme de pot 25 avec le clapet antiretour 16. Le premier branchement de liquide 7 permet d'introduire du liquide à transférer dans la chambre de travail 6. La chambre de travail 6 est délimitée d'un côté par la face intérieure du boîtier en forme de pot 25 et de l'autre côté, par la membrane active 4,

7 élastique, mobile. La membrane active 4 réalisée en matière synthétique (ou matière plastique) par exemple en caoutchouc, est fixée aux extrémités dans une rainure annulaire 27 du boîtier en forme de pot 25. De façon analogue au premier branchement de liquide 7 et au clapet antiretour 16, la plaque de raccordement 26 comporte un second branchement de liquide 8. Le boîtier en forme de pot 25 du moteur comporte en outre une soupape 9 réalisée sous la forme d'un clapet antiretour de sortie 17 et un segment restant correspondant du second branchement de liquide 8. Le clapet antiretour 16 d'entrée est muni d'un ressort non représenté ainsi que d'un couvercle mobile pour que le liquide à transférer arrive dans la chambre de travail 6 uniquement à travers le premier branchement de liquide 7 et ne puisse pas s'échapper de la chambre de travail 6 par le premier branchement de liquide 7. De la même manière, le branchement de liquide 8 équipé du clapet antiretour de sortie 17, laisse uniquement le liquide sortir de la chambre de travail 6. Les soupapes d'entrée et de sortie 16, 17 sont réalisées de façon analogue avec un ressort non représenté et un capuchon mobile. Un élément de renforcement 5 est fixé par une liaison par la forme et la matière dans la chambre de travail 4. Cet élément de renforcement est sous la forme d'un ressort Belleville 15. Le ressort Belleville 15 étant en métal, on place le ressort 15 dans l'outil servant à fabriquer la membrane active 4 et ensuite, par injection, pour fabriquer la membrane active 4, on enrobe le ressort Belleville 15 avec la matière plastique ou matière synthétique servant à fabriquer la membrane active 4. Le ressort Belleville 15 en métal comme élément de renforcement 5 ou comme partie restante 14 en matière plastique et/ou élastique, forment en commun la membrane active 4. La liaison entre le ressort Belleville 15 et la partie restante 14 de la membrane active 4, peut se faire par vulcanisation. Le ressort Belleville 15 stabilise et renforce la partie restante 14 de la membrane active 4 en matière plastique de sorte que la membrane de travail 4 peut avantageusement s'utiliser même à long terme pour des pressions élevées comme par exemple des pressions supérieures à 6 bars, par une utilisation garantie et fiable et un risque de défaillance très réduit.

8 La figure 3 montre une vue de face du ressort Belleville 15. Le ressort Belleville 15 a la forme d'une coupelle avec des dégagements ou cavités concentriques 18 sous la forme de fentes 19 entourant le centre du ressort Belleville 15. Les cavités ou découpes 18 réduisent la constante du ressort Belleville 15 pour lui permettre des mouvements élastiques plus importants, comme s'il s'agissait d'une membrane élastique 4 soumise à des forces faibles. A la place d'un ressort Belleville 15 en métal comme élément de renforcement 5, on peut également prévoir des renforcements en fibres de caoutchouc introduites dans la membrane active 4 à la place des éléments de renforcement 5. Ces fibres en caoutchouc renforcent la matière de la membrane active 4. De plus, on peut insérer à titre de renforcement, une nappe tissée 30 dans le caoutchouc, cette nappe ayant par exemple une forme de disque.

La figure 2 montre l'installation de transfert de liquide 1 occupant sa seconde position pour la membrane active 4. La membrane active 4 se trouve ainsi à son point mort bas ; la chambre de travail 6 prend le volume maximum. La bielle 13 est reliée au ressort Belleville 15 par l'intermédiaire d'un insert 29 en forme d'insert enfiché 31 ce qui réduit les pièces de rechange. Au point mort bas de la membrane active 4, dans une première position de la membrane active 4, la chambre de travail 6 présente son volume minimum (figure 1). La membrane active 4 est ainsi déplacée par l'entraînement à manivelle 11 comportant par exemple un moteur électrique. Le mouvement de la membrane active 4 agrandit le volume de travail 6 de sorte qu'il y aura une dépression dans le volume de travail 6. Cette dépression naissante est appliquée au clapet antiretour d'entrée 16 qui s'ouvre et libère le premier branchement de liquide 7. Du liquide à transférer peut arriver à travers le premier branchement à liquide 7 dans la chambre active 6. Le clapet antiretour de sortie 17 est fermé au cours de cette opération. Lorsque la membrane active 4 se déplace dans la position représentée à la figure 1, le volume de la chambre active 6 diminue de sorte qu'il s'établit une pression dans la chambre de travail 6. Cette pression fait que le clapet antiretour d'entrée 16 se ferme et le clapet

9 antiretour de sortie 17 s'ouvre et du liquide à transférer s'échappe de la chambre active 6 et traverse le second branchement à fluide 8. La figure 4 montre le système 2 pour injecter un milieu (liquide) de post-traitement des gaz d'échappement, par exemple une solution aqueuse d'urée dans la conduite des gaz d'échappement 21. Le moteur à combustion 20 dégage des gaz d'échappement passant par la conduite 21. Dans le sens de passage des gaz d'échappement, la conduite 21 comporte également un catalyseur non représenté. Pour diminuer les émissions de gaz d'échappement d'un moteur à combustion 20, notamment d'un moteur Diesel, il est prévu un injecteur 24 débouchant dans la conduite 21 des gaz d'échappement dans le sens de passage des gaz d'échappement, entre le moteur 20 et le catalyseur non représenté. Le réservoir 22 contient une solution aqueuse d'urée que l'installation de transfert introduit de liquide 1 par les conduites 23 dans l'injecteur 24. L'injecteur 24 introduit alors la solution aqueuse d'urée dans la conduite des gaz d'échappement 21 en fonction de la quantité des gaz d'échappement traversant la conduite des gaz d'échappement 21. La quantité de solution d'urée à introduire, peut varier entre la quantité nulle et la quantité maximale par unité de temps. La figure 5 montre un véhicule 3 équipé d'un système 2. Les différentes caractéristiques des exemples de réalisation peuvent être combinées, sauf indication contraire. Globalement, l'installation de transfert de liquide 1 selon l'invention et le système 2 selon l'invention pour introduire un liquide de post-traitement des gaz d'échappement dans la conduite 21 des gaz d'échappement du moteur à combustion 20, offrent des avantages considérables. La membrane active 4 peut être stabilisée à l'aide d'un élément de renforcement 5 et être renforcée pour que l'installation de transfert de liquide 1, puisse également générer un liquide à transférer sur des périodes prolongées et à pression élevée. Le comportement de transfert de l'installation de transfert de liquide 1, est avantageusement pratiquement indépendant de la température ou de la pression régnant dans la chambre de travail 6, car aux variations de température, la membrane active 4 ne se dilate que faiblement, c'est-à-dire "se gonfle". 5 2939849 lo En particulier, lorsque l'installation de transfert de liquide 1 est appliquée à un véhicule automobile 3, cela permet de bénéficier de ses différentes propriétés avantageuses. lo

11 NOMENCLATURE 1 Installation de transfert de liquide 2 Système d'injection de liquide de post-traitement des gaz d'échappement 3 Véhicule automobile 4 Membrane active 5 Elément de renforcement 6 Chambre de travail 7 Premier branchement de liquide 8 Second branchement de liquide 9 Soupape 11 Entraînement à manivelle 12 Tige 13 Bielle 14 Partie restante de la membrane active 15 Ressort Belleville 16 Clapet antiretour d'entrée 17 Clapet antiretour de sortie 18 Dégagement ou cavité 20 Moteur à combustion 21 Conduite de gaz d'échappement 23 Conduites 24 Injecteur Boîtier d'entraînement en forme de pot 25 26 Plaque de raccordement 27 Rainure annulaire 28 Entretoise de soudage 29 Insert Nappe tissée 30 31 Insert enfiché

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1 °) Installation de transfert de liquide (1) notamment pour transférer des liquides de post-traitement des gaz d'échappement par exemple une solution aqueuse d'urée pour un moteur à combustion (20) comprenant : - une membrane active (4) mobile, - une chambre de travail (6) pour le liquide à transférer, cette chambre pouvant être agrandie et diminuée par la membrane active (4), mobile, - au moins un branchement de liquide (7, 8) pour la chambre de travail (6), - au moins un moyen (10) pour déplacer la membrane active (4), caractérisée en ce que la membrane active (4) comporte au moins un élément de renforcement (5) 2°) Installation de transfert de liquide selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de renforcement (5) est en un autre matériau que la partie restante (14) de la membrane active (4) qui ne fait pas partie de l'élément de renforcement (5) et/ou l'élément de renforcement (5) fait partie de la membrane active (4). 3°) Installation de transfert de liquide selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de renforcement (5) est déformable avec la partie restante (14) de la membrane active (4) pour augmenter ou diminuer la chambre de travail (6), par une liaison par la matière et/ou la forme et/ou par la force de l'élément de renforcement et de la partie restante (14) de la membrane active (4) qui n'appartient pas à l'élément de renforcement (5). 4°) Installation de transfert de liquide selon la revendication 1, caractérisée en ce que 13 l'élément de renforcement (5) est au moins en partie en métal ou en matière plastique par exemple en caoutchouc. 5°) Installation de transfert de liquide selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie restante (14) de la membrane (4) qui ne fait pas partie de l'élément de renforcement (5), est au moins en partie en métal ou en matière plastique par exemple en caoutchouc. 6°) Installation de transfert de liquide selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière de l'élément de renforcement (5) a un module d'élasticité plus grand que la matière de la partie restante (14) de la membrane de travail (4) qui ne fait pas partie de l'élément de renforcement (5). 7°) Installation de transfert de liquide selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière de l'élément de renforcement (5) est élastique et/ou souple. 8°) Installation de transfert de liquide selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière de la partie restante (14) de la membrane active (4) qui ne fait partie de l'élément de renforcement (5), est élastique et/ou souple. 9°) Installation de transfert de liquide selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de renforcement (5) est constitué par au moins un ressort Belleville (15) et/ou une nappe tissée (30), notamment le ressort Belleville (15) est pratiquement parallèle à la partie restante (14) de la membrane active (4) qui n'appartient pas à l'élément de renforcement (5). 10°) Installation de transfert de liquide selon la revendication 9, caractérisée en ce que14 le ressort Belleville (15) comporte au moins une cavité (18), notamment une fente (19) pour en diminuer la constante de ressort. 11 °) Installation de transfert de liquide selon la revendication 1, 5 caractérisée en ce que l'élément de renforcement (5) est entouré au moins partiellement et notamment complètement par la partie restante (14) de la membrane active (4) qui n'appartient pas à l'élément de renforcement (5). 10 12°) Installation de transfert de liquide selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de renforcement (5) est relié directement ou à l'aide d'un insert (29), par une tige (12) à au moins un moyen (10) pour déplacer la membrane active (4). 15 20