FR2971006A1

FR2971006A1 - Module de distribution pour additif a injecter dans une ligne d'echappement

Info

Publication number: FR2971006A1
Application number: FR1150712A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Leblanc; Ludovic Minetto; Franck Vigneron
Original assignee: MGI Coutier SA
Current assignee: Akwel SA
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-03
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: FR2971006B1; DE102012004595A1

Abstract

Le module assure la distribution d'un produit additif liquide, à injecter dans la ligne d'échappement d'un véhicule automobile à moteur thermique, ce module étant intercalé sur un circuit d'additif, entre un réservoir d'additif et un injecteur. Ce module réunit une pompe (2), une vanne (3) et un accumulateur (4), adaptés sur une pièce centrale de distribution (9) qui comporte des interfaces de montage (10, 11, 14), un canal d'entrée, un canal de sortie (6) et un ou des canaux internes (7). La pièce centrale de distribution (9) comporte encore, au voisinage de ses interfaces de montage (10, 11, 14), des cavités (16, 17) recevant des éléments chauffants (18, 19), notamment électriques. Application à la dépollution d'un moteur diésel, par injection d'un additif à base d'urée.

Description

La présente invention concerne, de façon générale, le domaine de la dépollution en relation avec les véhicules automobiles à moteur thermique, en particulier à moteur diésel, et plus généralement en relation avec tous engins équipés d'un moteur thermique. Plus particulièrement, cette invention se rapporte aux systèmes d'injection d'un produit additif liquide dans une ligne de traitement, plus particulièrement dans la ligne d'échappement, du véhicule concerné. Encore plus particulièrement, l'invention a pour objet un module de distribution pour produit additif liquide à injecter dans une ligne de traitement et plus particulièrement dans la ligne d'échappement.

La technologie utilisée actuellement pour la dépollution des oxydes d'azote NOx, sur des véhicules à moteur thermique tel que moteur diésel, nécessite d'avoir un ensemble de stockage et de distribution d'un produit additif liquide, avec mise sous pression du produit additif notamment à une pression comprise entre 5 et 20 bars, afin de permettre l'injection par pulvérisation de ce produit additif dans une ligne de traitement et en particulier dans la ligne d'échappement du véhicule concerné. Le produit additif utilisé, à fonction réductrice, est en particulier un produit à base d'urée, mélangée à de l'eau. De manière généralement connue, pour réaliser les fonctions de stockage, de distribution et d'injection d'un tel produit additif, on prévoit sur le véhicule concerné un dispositif qui comprend un réservoir d'additif relié, par un conduit d'additif, à au moins un pulvérisateur d'additif placé sur la ligne de traitement, des moyens de pompage et de mise en pression de l'additif étant placés sur le conduit d'additif, entre le réservoir d'additif et le pulvérisateur d'additif. Un tel dispositif permet le puisage de l'additif liquide dans le réservoir d'additif et son transfert vers la ligne de traitement ou ligne d'échappement, au travers d'un pulvérisateur pouvant être notamment constitué par un injecteur électromécanique. Quant aux moyens de pompage et de mise en pression de l'additif, ceux-ci sont le plus souvent constitués soit par une pompe d'aspiration et de mise en pression fonctionnant de manière continue, soit par une pompe à fonctionnement intermittent associée à un accumulateur rempli cycliquement d'additif sous pression, l'accumulateur dirigeant l'additif vers l'injecteur. Le dispositif décrit dans le document de brevet EP 2206897 Al comprend un réservoir d'additif, une pompe à fonctionnement permanent et un module de dosage, entre lesquels s'étend un conduit d'alimentation.

L'éloignement des différents modules, pour des raisons de localisation dues entre autres à leur encombrement et à leur indépendance fonctionnelle, crée dans un tel dispositif un risque de gel de l'additif dans des zones multiples. Pour éviter ce risque, il convient de prévoir des composants de réchauffage disséminés dans les zones sensibles, et un faisceau de câbles électriques d'alimentation de ces composants, parcourant le véhicule en direction de ces zones. Il en résulte un système de réchauffage complexe et coûteux, tant par sa configuration que par son installation. Le dispositif décrit dans le document de brevet EP 0953739 B1 comprend un réservoir d'additif, une pompe à fonctionnement intermittent et un accumulateur, les différents composants étant éloignés les uns des autres. En particulier, l'accumulateur crée un volume de liquide éloigné du réservoir principal et exposé aux conditions climatiques ambiantes, en particulier au froid. Dans l'ensemble, un tel dispositif possède au moins trois zones distinctes sensibles au froid, qui sont respectivement le volume d'additif liquide contenu dans la chambre hydraulique de la pompe, le conduit s'étendant entre la pompe et l'accumulateur, et le volume de liquide de l'accumulateur lui-même. On se retrouve donc ici confronté aussi au problème du réchauffage de zones sensibles multiples et disséminées. Un autre principe de réchauffage, évitant de recourir à des composants électriques, consiste en la circulation d'un fluide chaud issu du véhicule et canalisé autour de la pompe ou de l'accumulateur du dispositif de distribution d'additif liquide - voir le document de brevet FR 2942511 Al. Il s'agit ainsi d'un échangeur thermique, dans lequel le fluide chaud est supposé céder sa chaleur à l'additif pour le réchauffer et éventuellement le dégeler.

Toutefois, pour des raisons d'étanchéité et en vue d'éviter tout risque de mélange des circuits et des fluides les parcourant, le fluide chaud reste canalisé en périphérie de la pompe ou de l'accumulateur, donc à distance de l'additif à réchauffer, ce qui diminue fortement le rendement, c'est-à-dire le rapport entre la quantité de chaleur réellement transmise à l'additif et la quantité de chaleur apportée par le fluide chaud. Cette solution n'est donc pas idéale, tout en restant complexe et coûteuse si l'on considère qu'elle nécessite des canalisations d'amenée du fluide chaud et des étanchéités spécifiques, éventuellement à doubler dans le cas d'un dispositif avec pompe et accumulateur.35 A cet égard, il est rappelé que les moyens de pompage et de distribution d'additif à base d'urée sont très sensibles aux températures inférieures à - 12°C, du fait que le point de gel de l'urée se situe à - 11.5°C. De plus, dès que la température se situe au-dessous de - 7°C, l'additif à base d'urée communément utilisé se transforme en un mélange de liquide et de cristaux, cette transformation précédant la phase de gel proprement dite. Il en résulte, dès l'atteinte d'une température de - 7°C, des problèmes de transfert de fluide dus à des pertes de charge notamment engendrées par les coudes présents sur le parcours des conduits d'additif reliant les éléments constitutifs du dispositif, à savoir pompe, vanne et accumulateur, et par les frottements du fluide sur les parois de ces mêmes conduits. Même un risque de formation de « bouchons » solides entre ces éléments n'est pas à exclure. Ainsi, un réchauffage individuel des éléments tels que notamment pompe, vanne et accumulateur, habituellement distants les uns des autres, ne constitue pas une solution satisfaisante, quels que soient les moyens de chauffage utilisés. La présente invention vise à éliminer l'ensemble des inconvénients précédemment exposés, et elle a donc pour but de fournir une solution évitant de manière simple et efficace, dans un dispositif du genre ici considéré, le gel de l'additif non seulement au sein des éléments tels que pompe, vanne et accumulateur, mais aussi dans les liaisons hydrauliques entre ces éléments, en limitant ainsi le risque de perte de charge ou même de colmatage dans ces liaisons. A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un module de distribution pour produit additif liquide à injecter dans une ligne de traitement et plus particulièrement dans la ligne d'échappement d'un véhicule automobile à moteur thermique, ou autre engin équipé d'un moteur thermique, le module de distribution étant prévu pour être intercalé sur un circuit d'additif, entre un réservoir d'additif et au moins un injecteur, le module de distribution étant caractérisé par le fait qu'il comprend une pièce centrale de distribution comportant des interfaces de montage sur lesquelles sont adaptés au moins une pompe de mise en pression de l'additif, une vanne et un accumulateur, la pièce centrale de distribution comportant aussi un canal d'entrée du liquide, un canal de sortie du liquide et un ou des canaux internes reliant la pompe, la vanne et l'accumulateur, et cette pièce centrale de distribution comportant encore, au voisinage des interfaces de montage de la pompe, de la vanne et de l'accumulateur, des cavités recevant des éléments chauffants, notamment électriques. Ainsi, l'invention propose le regroupement des composants principaux que sont la pompe, la vanne et aussi l'accumulateur en un sous- ensemble solidaire, désigné comme module de distribution, qui comporte les raccordements hydrauliques nécessaires, et qui supporte et regroupe aussi les composants de réchauffage associés à la pompe, à la vanne et à l'accumulateur. Les composants principaux que sont la pompe, la vanne et l'accumulateur sont montés sur une pièce support commune et unique, dite pièce centrale de distribution. Renfermant des composants chauffants, la pièce centrale de distribution est avantageusement réalisée dans une matière présentant une bonne conduction thermique ainsi qu'une bonne stabilité mécanique. Il peut ainsi s'agir d'une pièce moulée, par exemple une pièce en matière thermoplastique ou une pièce en métal ou alliage léger, ou bien d'une pièce usinée notamment en métal. Les éléments chauffants, disposés dans des cavités de la pièce centrale de distribution, peuvent être liés à cette pièce par un remplissage desdites cavités avec une résine polymérisable. Situés au voisinage de la pompe, de la vanne et de l'accumulateur, les éléments chauffants diffusent aisément leur chaleur vers ces composants principaux, pour réchauffer et éventuellement liquéfier l'additif présent au sein de ces composants. Le placement des éléments chauffants au niveau des interfaces de montage permet aussi à ces éléments de diffuser leur chaleur vers les canaux internes de liaison entre la pompe, la vanne et l'accumulateur, ainsi que vers les canaux d'entrée et de sortie du liquide. La chaleur est ainsi diffusée de façon homogène et avec un rendement élevé, par convection et par conduction, dans l'ensemble de la structure pour dégeler l'additif pouvant stagner dans la pompe, la vanne et l'accumulateur, et aussi pour liquéfier les cristaux d'additif pouvant apparaître dans les canaux internes de liaison. Le regroupement des éléments chauffants permet, dans le cas d'éléments chauffants électriques, de simplifier l'alimentation électrique de ces éléments. Ce regroupement permet aussi de centraliser la commande d'alimentation des éléments chauffants, ainsi que le traitement des signaux issus de capteurs, en simplifiant et raccourcissant les faisceaux de câbles et en prévoyant une seule carte électronique, également portée par la pièce centrale de distribution ou associée à celle-ci, pour la gestion des capteurs, des éléments chauffants et des composants électromécaniques tels que pompe et électrovanne.

Enfin, la mise en ceuvre d'une pièce centrale de distribution facilite la fixation à la structure environnante du véhicule, puisque cette pièce constitue un support commun à de nombreux composants. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de ce module de distribution pour additif à injecter dans une ligne d'échappement : Figure 1 est une vue d'ensemble, en perspective, d'un module de distribution conforme à la présente invention ; Figure 2 représente, à plus grande échelle, un détail du module de distribution de la figure 1 ; Figure 3 est un schéma hydraulique de ce module de distribution ; Figure 4 est une vue en perspective de la pièce centrale de distribution du module des figures précédentes ; Figure 5 est une autre vue en perspective de la même pièce centrale de distribution. Comme le montrent les figures 1 à 3, le module de distribution réunit une pompe 2, une électrovanne 3 et un accumulateur 4. Prévu pour être intercalé sur un circuit d'additif liquide, le module de distribution comporte un canal d'entrée 5 du liquide, en provenance d'un réservoir d'additif, et un canal de sortie 6 du liquide, pour le départ de l'additif vers au moins un injecteur placé sur la ligne d'échappement. Le canal d'entrée 5 aboutit à la pompe 2, laquelle est reliée par un canal interne 7 à l'accumulateur 4, également en relation avec le canal de sortie 6. L'électrovanne 3 est intercalée entre la pompe 2 et l'accumulateur 4, cette électrovanne 3 comportant un pointeau 8 apte à obturer le canal interne 7 (voir en particulier la figure 3). Ainsi, en fonctionnement, la pompe 2 actionnée cycliquement aspire l'additif dans le réservoir au travers du canal d'entrée 5 et met cet additif en pression, en remplissant l'accumulateur 4. Cet accumulateur 4 dirige ensuite l'additif vers l'injecteur, au travers du canal de sortie 6. L'électrovanne 3 évite en fonctionnement normal le retour en arrière de l'additif, tout en permettant des phases de purge de l'accumulateur 4 et du circuit d'additif. La pompe 2, l'électrovanne 3 et l'accumulateur 4 sont des composants montés sur une seule et même pièce centrale de distribution 9, montrée plus particulièrement sur les figures 4 et 5. Sur l'une de ses grandes faces, la pièce centrale de distribution 9 comporte une interface 10 de montage de la pompe 2, et une interface 11 de montage de l'accumulateur 4. L'interface 10 de montage de la pompe 2 comporte une bride 12 sur laquelle est vissée la pompe 2. L'interface 11 de montage de l'accumulateur 4 comporte une bride 13 sur laquelle est vissé l'accumulateur 4, qui occupe ainsi une position parallèle à la pompe 2. La pièce centrale de distribution 9 comporte, latéralement, une 15 interface 14 de montage de l'électrovanne 3. Cette interface 14 comporte deux oreilles 15 sur lesquelles est vissée l'électrovanne 3. Le canal d'entrée 5 du liquide est formé sur la pièce centrale de distribution 9, dans une orientation sensiblement tangentielle à l'interface 10 de montage de la pompe 2. Le canal de sortie 6 du liquide est formé sur la pièce 20 centrale de distribution 9, au voisinage de l'interface 11 de montage de l'accumulateur 4. Le canal interne 7 est, lui aussi, formé sur la pièce centrale de distribution 9. La pièce centrale de distribution 9 comporte encore deux cavités 16 et 17, recevant chacune un élément chauffant respectivement 18 et 19. La 25 première cavité 16 se situe au voisinage de l'interface 10 de montage de la pompe 2, et aussi à proximité de l'interface 14 de montage de l'électrovanne 3. La seconde cavité 17 se situe au voisinage de l'interface 11 de montage de l'accumulateur 4, et elle se rapproche aussi de l'interface 14 de montage de l'électrovanne 3.

30 Les éléments chauffants 18 et 19, placés respectivement dans les deux cavités 16 et 17, sont des éléments chauffants électriques tels que des « CTP » ou des résistances de puissance à valeur fixe, munis d'un diffuseur de chaleur, dont la valeur ohmique à température ambiante est de préférence inférieure à 50 ohms, et dont la consommation unitaire à froid est d'environ 10 watts. Après insertion dans les cavités respectives 16 et 17, les éléments chauffants 18 et 19 sont enrobés dans une résine polymérisable 20 ou 21 (voir figure 1), qui contribue à l'étanchéité du circuit électrique tout en créant une continuité de matière favorisant le transfert de chaleur entre les éléments chauffants 18 et 19 et la pièce centrale de distribution 9. Cette pièce centrale de distribution 9, réalisée en matière plastique injectée ou usinée en métal, assure elle-même le transfert de chaleur vers les interfaces 10, 11 et 14 et de là vers la pompe 2, l'accumulateur 4 et la vanne 3, et aussi vers le canal interne 7 ainsi que le canal d'entrée 5 et le canal de sortie 6 du liquide. En particulier, aux basses températures, la chaleur dégagée par les éléments 18 et 19 se trouve ainsi distribuée, à la manière d'un « chauffage central », vers les divers composants et autres parties du module de distribution, pour dégeler l'additif solidifié dans ces composants et parties, et permettre ainsi le fonctionnement d'ensemble du dispositif, c'est-à-dire le puisage de l'additif dans le réservoir (pourvu de ses propres moyens de réchauffage), la mise en pression de l'additif et son envoi vers l'injecteur. Une carte électronique 22 unique, visible partiellement sur la figure 2, gère le fonctionnement de l'ensemble du module de distribution ; en particulier, la carte électronique 22 peut traiter les signaux issus de divers capteurs (non représentés), commander les composants électromécaniques que sont la pompe 2 et l'électrovanne 3, et commander l'alimentation des éléments chauffants 18 et 19. Comme le montre encore la figure 2, la pièce centrale de distribution 9 comporte des points de fixation 23 et 24 pour sa liaison à une structure environnante 25 du véhicule concerné, ce qui assure la fixation simultanée de la pompe 2, de l'électrovanne 3 et de l'accumulateur 4 sur ladite structure. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce module de distribution qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention : - En modifiant la forme et la matière constitutive de la pièce centrale de distribution ; 5 10 15 - En obtenant cette pièce pour tout procédé de fabrication ; - En modifiant l'agencement relatif de la pompe, de l'électrovanne et de l'accumulateur ; - En utilisant des éléments chauffants de tous types ; - En remplaçant l'électrovanne par une vanne ou un clapet de tout type ; - En prévoyant, montés sur la pièce centrale de distribution, d'autres composants principaux ou secondaires d'un dispositif d'injection d'additif, qui pourront alors bénéficier eux aussi de l'apport de chaleur issue des éléments chauffants ; - En destinant ce module de distribution à des dispositifs d'injection de produits additifs de toute sorte pour lesquels se pose également le problème du gel aux basses températures ambiantes ; - En appliquant l'invention à des domaines autres que l'automobile, c'est-à-dire à tous engins équipés d'un moteur thermique.

Claims

REVENDICATIONS1. Module de distribution pour produit additif liquide à injecter dans une ligne de traitement et plus particulièrement dans la ligne d'échappement d'un véhicule automobile à moteur thermique, ou autre engin équipé d'un moteur thermique, le module de distribution étant prévu pour être intercalé sur un circuit d'additif, entre un réservoir d'additif et au moins un injecteur, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce centrale de distribution (9) comportant des interfaces de montage (10, 11, 14) sur lesquelles sont adaptés au moins une pompe (2) de mise en pression de l'additif, une vanne (3) et un accumulateur (4), la pièce centrale de distribution (9) comportant aussi un canal d'entrée (5) du liquide, un canal de sortie (6) du liquide et un ou des canaux internes (7) reliant la pompe (2), la vanne (3) et l'accumulateur (4), et cette pièce centrale de distribution (9) comportant encore, au voisinage des interfaces de montage (10, 11, 14) de la pompe (2), de la vanne (3) et de l'accumulateur (4), des cavités (16, 17) recevant des éléments chauffants (18, 19), notamment électriques.
2. Module de distribution selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce centrale de distribution (9) est réalisée dans une matière présentant une bonne conduction thermique ainsi qu'une bonne stabilité mécanique, ladite pièce centrale de distribution pouvant être une pièce moulée par exemple en matière thermoplastique ou en métal ou en alliage léger, ou bien une pièce usinée notamment en métal.
3. Module de distribution selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments chauffants (18, 19), disposés dans des cavités (16, 17) de la pièce centrale de distribution (9), sont liés à cette pièce par un remplissage desdites cavités (16, 17) avec une résine polymérisable (20, 21).
4. Module de distribution selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pièce centrale de distribution (9) comporte des points de fixation (23, 24) pour sa liaison à une structure environnante (25) du véhicule concerné.
5. Module de distribution selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'est prévue, portée par la pièce centrale de distribution (9) ou associée à celle-ci, une carte électronique (22) pour la gestion de capteurs, des éléments chauffants (18, 19) et des composants électromécaniques tels que pompe (2) et électrovanne (3).