FR2974875A1 - Electrovanne et dispositif d'injection comprenant une telle electrovanne - Google Patents

Electrovanne et dispositif d'injection comprenant une telle electrovanne Download PDF

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Abstract

L'invention concerne une électrovanne de régulation (8) d'un fluide comprenant un passage (20) du fluide, des moyens d'ouverture/fermeture du passage (20) comportant une surface d'appui (24), un premier joint d'étanchéité (25) et un élément d'obturation (26) destinés à la fermeture du passage (20) par contact entre la surface d'appui et le premier joint d'étanchéité (25) d'une part et par contact entre l'élément d'obturation (26) et le premier joint d'étanchéité (25) d'autre part, les moyens d'ouverture/fermeture comprenant des premiers moyens de rappel (27) de l'élément d'obturation (26) dans une position déterminée lorsque l'électrovanne (8) n'est pas activée électriquement, caractérisée en ce les moyens d'ouverture/fermeture comprennent un second joint d'étanchéité (28) disposé de sorte à coopérer de manière analogue au premier joint d'étanchéité (25) avec la surface d'appui (24) et l'élément d'obturation (26) à la fermeture du passage (20). L'invention porte aussi sur un dispositif d'injection comprenant une telle électrovanne.

Description

Electrovanne et dispositif d'injection comprenant une telle électrovanne
Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à une électrovanne de régulation d'un débit de fluide.
La présente invention se rapporte aussi à un dispositif d'injection dans une ligne d'échappement d'un gaz pour la réduction sélective d'oxydes d'azote produits par un moteur à combustion interne comprenant une électrovanne de l'invention
Arrière-plan technologique Les contraintes dues aux normes, par exemple les normes européennes dites Euro VI, relatives aux niveaux d'émissions polluantes générées par le fonctionnement des moteurs à combustion interne, notamment Diesel, deviennent de plus en plus en plus sévères, notamment en ce qui concerne les oxydes d'azote (NOx).
Le procédé de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote ou « procédé SCR » est un moyen connu pour convertir les oxydes d'azote. La réduction catalytique sélective utilise la faculté de certains agents réducteurs à réduire de manière sélective les oxydes d'azote en présence d'oxygène. La réduction est sélective du fait que l'agent réducteur réagit plus facilement avec l'oxygène des oxydes d'azote qu'avec les molécules d'oxygène présentes en nombre beaucoup plus important dans les gaz d'échappement. L'ammoniac (NH3) s'est révélé être l'agent réducteur offrant la plus grande sélectivité.
Il est par ailleurs connu de stocker l'ammoniac gazeux, dans un matériau solide capable de l'adsorber ou de l'absorber. A titre d'exemple, le document WO2006081824 divulgue une substance apte à assurer un tel stockage dit sous forme « solide ». Le réducteur peut être stocké dans une poudre compacte solide placée dans une cartouche adéquate.
Afin de relâcher le réducteur, il est nécessaire de placer le matériau de stockage dans des conditions de température et de pression favorables. Typiquement, il est nécessaire de le chauffer pour l'injecter directement en phase gazeuse afin d'avoir un rendement chimique et un temps d'action optimal.
Un système SCR comprenant des moyens de stockage du NH3 sous forme solide comprend donc de plus des moyens de chauffage de l'ammoniac sous forme solide, mais aussi une unité de dosage du NH3 et une unité de contrôle.
L'unité de dosage dispose généralement d'une électrovanne permettant de délivrer des « bouffées » d'ammoniac gazeux dans la ligne d'échappement en cohérence de la commande d'ouverture délivrée par l'unité de contrôle.
Typiquement, lorsque le moteur est en fonctionnement, l'unité de contrôle du système SCR active les moyens de chauffage et pilote l'unité de dosage qui permet d'injecter des bouffées d'ammoniac gazeux dans la ligne d'échappement.
Cependant, l'auteur de la présente invention a observé qu'il existe un risque lors de la coupure moteur de ne pas avoir le niveau d'étanchéité nécessaire pour deux raisons principales : soit l'électrovanne de l'unité de dosage ne revient pas à sa position normale de fermeture, soit l'électrovanne revient à sa position normale de fermeture mais il subsiste une fuite excessive due à de l'usure. On est alors en présence de fuites d'ammoniac gazeux dans la ligne d'échappement le temps du retour en phase solide par refroidissement. Cela peut être perçu par le client et jugé gênant.
Une solution peut être d'ajouter une seconde électrovanne de type On/Off, identique à la première et située entre le réservoir et l'unité de dosage. Cela permet de réduire le risque de défaillance d'étanchéité en deçà d'un seuil rédhibitoire, mais avec un impact négatif sur le coût du système.
Un but de l'invention est donc de proposer une solution économique qui permet de réduire le risque de défaillance d'étanchéité et donc d'avoir des fuites de d'ammoniac gazeux à l'atmosphère.
L'invention porte ainsi sur une électrovanne de régulation d'un débit de fluide comprenant un passage du fluide à réguler, des moyens d'ouverture et de fermeture du passage comportant une surface d'appui, un premier joint d'étanchéité et un élément d'obturation destinés à la fermeture du passage par contact entre la surface d'appui et le premier joint d'étanchéité d'une part et par contact entre l'élément d'obturation et le premier joint d'étanchéité d'autre part, les moyens d'ouverture et de fermeture comprenant de plus des premiers moyens de rappel de l'élément d'obturation dans une position déterminée lorsque l'électrovanne n'est pas activée électriquement, caractérisée en ce les moyens d'ouverture et de fermeture comprennent en outre un second joint d'étanchéité disposé de sorte à coopérer de manière analogue au premier joint d'étanchéité avec la surface d'appui et l'élément d'obturation à la fermeture du passage.
Selon un mode de réalisation, un des deux joints d'étanchéité est solidaire de l'élément d'obturation (26) et l'autre des deux joints d'étanchéité est solidaire de la surface d'appui.
Dans un autre mode de réalisation, les deux joints d'étanchéité sont solidaires de la surface d'appui.
Dans une variante, les moyens d'ouverture et de fermeture comprennent de plus des seconds moyens de rappel de l'élément d'obturation dans la position déterminée lorsque l'électrovanne n'est pas activée électriquement.
Les premiers et seconds moyens de rappel peuvent être disposés de manière que lorsque l'électrovanne n'est pas activée électriquement, l'un des moyens de rappel exerce une traction sur l'élément d'obturation tandis que l'autre des moyens de rappels exerce une pression sur l'élément d'obturation.
Les premiers et seconds moyens de rappel peuvent aussi être disposés de manière que lorsque l'électrovanne n'est pas activée électriquement les moyens de rappel exercent tous deux une force de traction ou de pression sur l'élément d'obturation.
20 Dans une variante, l'électrovanne comprend une bobine et un noyau métallique mobile sous l'activation électrique de la bobine, les moyens de rappel étant disposés de manière à agir sur l'élément d'obturation par l'intermédiaire du noyau métallique.
Dans une autre variante, l'électrovanne comprend une bobine et un noyau métallique (23) 25 mobile sous l'activation électrique de la bobine, les moyens de rappel étant disposés de manière à agir directement sur l'élément d'obturation.
Dans l'une ou l'autre des variantes précédentes, le passage comprend un évidement axial de la bobine. L'invention porte aussi sur un dispositif d'injection dans une ligne d'échappement d'un gaz pour la réduction sélective d'oxydes d'azote produits par un moteur à combustion interne, comprenant une électrovanne de l'invention.
35 Le dispositif d'injection peut comprendre de plus des moyens de stockage du gaz sous forme solide, les moyens de stockage étant munis de plus de moyens de chauffage électriques. 15 30 Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
- La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif d'injection dans une ligne d'échappement d'un gaz pour la réduction sélective des oxydes d'azote produits par un moteur à combustion interne. - La figure 2 est une représentation schématique d'un premier exemple de réalisation d'une électrovanne de régulation selon l'invention. -La figure 3 est une représentation schématique d'un second exemple de réalisation d'une électrovanne de régulation selon l'invention.
Description détaillée La figure 1 présente un dispositif d'injection 1 dans une ligne d'échappement 2 d'un gaz pour la réduction sélective d'oxydes d'azote NOx produits par un moteur à combustion interne, le moteur n'étant pas représenté sur la figure 1. Un exemple de gaz efficace dans la réduction sélective d'oxydes d'azote NOx est l'ammoniac gazeux.
Le dispositif d'injection 1 comprend des moyens de stockage 3 de l'ammoniac sous forme solide, autrement dit un réservoir contenant une substance solide apte à absorber ou adsorber l'ammoniac. Les moyens de stockage 3 comprennent de plus des moyens de chauffage 4 électriques destinés au chauffage de la substance solide en vue de libérer sous forme gazeuse l'ammoniac retenu par la substance solide. Le dispositif d'injection 1 comprend une unité de dosage 5 reliée d'une part aux moyens de stockage 3 pour recevoir l'ammoniac gazeux par une conduite d'arrivée 6, et d'autre part à la ligne d'échappement 2 par une conduite de sortie 7 pour la fourniture d'ammoniac à la ligne d'échappement 2. L'unité de dosage 5 comprend une électrovanne de régulation 8 autorisant ou non le passage de l'ammoniac gazeux en provenance des moyens de stockage 3 vers la ligne d'échappement 2. L'unité de dosage 5 peut encore comprendre des moyens de mesure de pression 10. Les moyens de mesure de pression 10 sont alors reliés à l'unité de contrôle 9 par une ligne 13 de signal de sortie d'information de pression.
Le dispositif d'injection 1 comprend encore une unité de contrôle 9 configurée pour piloter l'activation et la désactivation des moyens de chauffage, par une ligne de commande 11. L'unité de contrôle 9 est aussi configurée pour piloter l'activation et la désactivation de l'électrovanne de régulation 8 via une ligne de commande 12. Le pilotage de l'activation et la désactivation des moyens de chauffage ainsi que de l'électrovanne de régulation 8 est réalisé en fonction des besoins de réduction des oxydes d'azote dans les gaz d'échappement, par exemple en fonction de paramètres de fonctionnement moteur, tels que le régime ou encore la charge moteur.
Ainsi, en fonctionnement, lorsque le moteur est amené à produire des gaz d'échappement, l'unité de contrôle 9 du dispositif d'injection 1 active les moyens de chauffage 4, ce qui permet la libération de l'ammoniac sous forme gazeuse, et pilote l'électrovanne 8 de l'unité de dosage 5 ce qui permet d'injecter l'ammoniac de manière maitrisée dans la ligne d'échappement 2.
La figure 2 présente maintenant un premier exemple de réalisation d'une électrovanne de régulation 8 de l'invention.
Dans cet exemple de réalisation, l'électrovanne de régulation 8 comprend un passage 20 d'un fluide dont le débit est à réguler, une bobine électrique 21 qui présente un évidement axial 22 cylindrique. L'électrovanne 8 présente de plus un noyau métallique 23 pouvant coulisser dans l'évidement axial 22 lorsque la bobine est activée électriquement. Dans cet exemple de réalisation, le passage 20 du fluide traverse l'évidement axial 22. Le passage 20 peut comprendre une paroi d'isolation de la bobine électrique 21 au fluide.
L'électrovanne 8 comprend encore des moyens d'ouverture et de fermeture du passage 20 au fluide dont le débit est à réguler. Ces moyens d'ouverture et de fermeture comportent une surface d'appui 24, par exemple une surface conique, un premier joint d'étanchéité 25 et un élément d'obturation, par exemple une bille 26. La bille 26 est de préférence solidaire du noyau métallique 23 afin que ces deux éléments se déplacent ensembles. Lors de la fermeture du passage 20 à la circulation du fluide, l'étanchéité est assurée par le contact entre la surface d'appui 24 avec le premier joint d'étanchéité 25 d'une part et le contact entre l'élément d'obturation et le premier joint d'étanchéité 25 d'autre part, autrement dit le premier joint d'étanchéité 25 est pris « en sandwich » entre la surface d'appui 24 et la bille 26.
Les moyens d'ouverture et de fermeture du passage 20 comprennent de plus des premiers moyens de rappel 29 de l'élément d'obturation dans une position déterminée lorsque l'électrovanne 8 n'est pas activée électriquement. Dans cet exemple de réalisation, les premiers moyens de rappel 27 sont formés par un premier ressort, le premier ressort 27 étant en contact direct avec le noyau mobile 23.
Conformément à l'invention, dans cet exemple de réalisation, ces moyens d'ouverture et de fermeture de l'électrovanne 8 comprennent un second joint d'étanchéité 28 ainsi que des seconds moyens de rappel de l'élément d'obturation dans la position déterminée lorsque l'électrovanne 8 n'est pas activée électriquement. Dans cet exemple de réalisation, les seconds moyens de rappel 29 sont formés de préférence par un second ressort, le second ressort 29 étant en contact direct avec l'extrémité du noyau mobile 23 opposée à l'extrémité en contact avec la bille 26.
Cet exemple de réalisation illustre une électrovanne 8 dite normalement fermée, c'est-à-dire que lorsque l'électrovanne 8 n'est pas activée électriquement, la position déterminée de l'élément d'obturation correspond pour ce type d'électrovanne à une position de l'élément d'obturation pour laquelle le passage 20 est fermé. Pour ce faire, les premiers et seconds moyens de rappel sont disposés de manière à appliquer sur la bille 26, par l'intermédiaire du noyau mobile 23, une force de maintien F de la bille 26, contre les premier et second joints d'étanchéité 25, 28 et la surface d'appui 24 afin de fermer à étanchéité le passage 20. Le second joint est disposé de sorte à coopérer de manière analogue au premier joint d'étanchéité, c'est-à-dire en étant pris « en sandwich » entre la surface d'appui 24 et l'élément d'obturation 26 à la fermeture du passage 20.
Dans cet exemple de réalisation, les premier et second ressorts 27, 29 sont donc des ressorts de pression, autrement dit, ils tendent tous deux à « pousser » la bille 26 contre les premier et second joints d'étanchéité 25, 28 et la surface d'appui 24 afin de fermer le passage 20. Les premier et second ressorts 27, 29 sont disposés du même coté du noyau mobile 23.
Inversement, lorsque l'électrovanne 8 est activée électriquement, la force électromagnétique générée par la bobine 20 sur le noyau mobile 22 est supérieure en intensité et opposée en direction à la force de maintien F des premier et second ressorts 27, 29, ce qui fait déplacer le noyau mobile 23 de sorte à comprimer les premier et second ressorts 27, 29. La bille 26 se déplaçant avec le noyau métallique 26 perd le contact avec les joints d'étanchéité et le passage 20 est alors ouvert à la circulation du fluide.
Il est à noter que les deux joints d'étanchéité 25, 28 peuvent être de matières et/ou de duretés différentes pour assurer une meilleure durée dans le temps. Par exemple les joints peuvent être en fluoroélastomère (ou FKM), en perfluoroélastomère (ou FFKM). En effet ces élastomères présentent la meilleure résistance chimique aux solvants et aux autres fluides agressifs, une résistance excellente à la température et de bonnes propriétés mécaniques, en particulier déformation rémanente après compression, traction et déchirement. Un traitement de surface de type PTFE est aussi possible pour limiter l'adhérence.
Les joints d'étanchéité 25, 28 peuvent être tous deux solidaires de la surface d'appui 24 étanchéité ou encore, dans une autre variante, un des deux joints d'étanchéité 25, 28 est solidaire de la surface d'appui 24 tandis que l'autre est solidaire de l'élément d'obturation 26.
Les deux joints d'étanchéité 25, 28 peuvent aussi être de forme ou de principe différents. Par exemple, les deux joints d'étanchéité 25, 28 peuvent être du type joint torique ou du type joint à lèvre. La géométrie du ou des joints sera fonction de la nature de la surface de la bille 26 sur la surface d'appui 24.
Avantageusement, pour des raisons économiques l'électrovanne 8 est du type tout ou rien.
La présence des deux joints d'étanchéité 25, 28 et des deux moyens de rappel 27, 29 vient donc réduire le risque de défaillance d'étanchéité de l'électrovanne 8 en deçà d'un seuil de défaillance critique, exprimé par exemple en défaut par heure de fonctionnement. Le seuil de défaillance critique est par exemple de 10-7 défauts par heure de fonctionnement. La fiabilité est donc améliorée par rapport à une électrovanne identique par ailleurs, mais ne disposant que d'un seul joint d'étanchéité et un seul moyen de rappel. En effet en cas par exemple de casse d'un des moyens de rappel 27, 29 le second assure toujours la fonction de rappel. De même, en cas d'usure ou de vieillissement d'un des joint d'étanchéité, le second joint d'étanchéité vient compenser la dégradation du premier joint ce qui permet de maintenir l'étanchéité à l'état fermé de l'électrovanne 8.
La figure 3 présente un second exemple de réalisation d'une électrovanne de régulation 8 selon l'invention. Ce second exemple de réalisation diffère du premier exemple de réalisation décrit précédemment en ce que les premiers et seconds moyens de rappel 27, 29 sont disposés chacun à une extrémité du noyau mobile 23.
Les premiers et seconds moyens de rappel 27, 29 de l'élément d'obturation 26 dans la position déterminée lorsque l'électrovanne 8 n'est pas activée électriquement sont disposés de manière à appliquer sur la bille 26, par l'intermédiaire du noyau mobile 23, une force de maintien F de la bille 26, contre les premier et second joints d'étanchéité 25, 28 et la surface d'appui 24 afin de fermer à étanchéité le passage 20, lorsque l'électrovanne 8 n'est pas activée électriquement. Dans cette configuration les premiers moyens de rappel 27 sont formés de préférence par un ressort de pression, tandis que les seconds moyens de rappel sont formés de préférence par un ressort de traction, tendant à « tirer » la bille 26 contre les premier et second joints d'étanchéité 25, 28 et la surface d'appui 24 afin de fermer le passage 20. Dans cette configuration les ressorts travaillent de façon antagoniste l'un en compression, l'autre en détente. De plus, positionnés dans des zones différentes de la pièce on peut raisonnablement espérer des ressorts différents en géométrie, en tarage, en matière ou encore en lieu d'approvisionnement. De ce fait, nous réduisons le risque de casse simultanée des deux ressorts et augmentons très fortement la durabilité du dispositif.
L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits. Dans une autre variante, seul le premier joint d'étanchéité ou les premiers moyens de rappel sont doublés.
Dans une autre variante l'électrovanne peut être du type normalement ouverte. Cette fois, la position déterminée lorsque l'électrovanne n'est pas activée électriquement correspond à une position de l'élément d'obturation pour lequel le passage 20 est ouvert à la circulation du fluide.
Avec ce type de d'électrovanne, Les premiers et seconds moyens de rappel sont disposés de manière à appliquer sur la bille 26, par l'intermédiaire du noyau mobile 23, une force de maintien F de la bille 26, contre les premier et second joints d'étanchéité 25, 28 et la surface d'appui 24 afin d'ouvrir le passage 20 à la circulation du fluide, lorsque l'électrovanne 8 n'est pas activée électriquement.
Dans une variante, Les premiers et seconds moyens de rappel sont disposés de manière à appliquer directement sur l'élément d'obturation la force de maintien F de l'élément d'obturation dans la position déterminée, lorsque l'électrovanne 8 n'est pas activée électriquement.
L'invention permet de se prévenir contre les risques de fuite de fluide associés à la perte d'étanchéité du joint, dû à son usure ou à son vieillissement, ou encore à la casse du ressort.
L'invention a pour avantage de permettre d'atteindre l'objectif qualité au juste nécessaire en optimisant le design et la composition organique de l'électrovanne de l'unité de dosage au lieu de développer et payer une électrovanne spécifique de sécurité. En effet la solution de l'invention présente un écart de coût de quelques centimes d'euro contre 8 à 10 E pour la solution avec électrovanne spécifique de sécurité.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Electrovanne de régulation (8) d'un débit de fluide comprenant un passage (20) du fluide à réguler, des moyens d'ouverture et de fermeture du passage (20) comportant une surface d'appui (24), un premier joint d'étanchéité (25) et un élément d'obturation (26) destinés à la fermeture du passage (20) par contact entre la surface d'appui et le premier joint d'étanchéité (25) d'une part et par contact entre l'élément d'obturation (26) et le premier joint d'étanchéité (25) d'autre part, les moyens d'ouverture et de fermeture comprenant de plus des premiers moyens de rappel (27) de l'élément d'obturation (26) dans une position déterminée lorsque l'électrovanne (8) n'est pas activée électriquement, caractérisée en ce les moyens d'ouverture et de fermeture comprennent en outre un second joint d'étanchéité (28) disposé de sorte à coopérer de manière analogue au premier joint d'étanchéité (25) avec la surface d'appui (24) et l'élément d'obturation (26) à la fermeture du passage (20).
  2. 2. Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un des deux joints d'étanchéité est solidaire de l'élément d'obturation (26) et l'autre des deux joints d'étanchéité (25, 28) est solidaire de la surface d'appui (24).
  3. 3. Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce les deux joints d'étanchéité (25, 28) sont solidaires de la surface d'appui (24).
  4. 4. Electrovanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens d'ouverture et de fermeture comprennent de plus des seconds moyens de rappel (29) de l'élément d'obturation (26) dans la position déterminée lorsque l'électrovanne (8) n'est pas activée électriquement.
  5. 5. Electrovanne (8) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les premiers et seconds moyens de rappel (27, 29) sont disposés de manière que lorsque l'électrovanne (8) n'est pas activée électriquement l'un des moyens de rappel exerce une traction sur l'élément d'obturation (26) tandis que l'autre des moyens de rappels exerce une pression sur l'élément d'obturation (26).
  6. 6. Electrovanne (8) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les premiers et seconds moyens de rappel (27, 29) sont disposés de manière que lorsque l'électrovanne (8) n'est pas activée électriquement les moyens de rappel exercent tous deux une force de traction ou de pression sur l'élément d'obturation (26).
  7. 7. Electrovanne selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend une bobine (21) et un noyau métallique (23) mobile sous l'activation électrique de la bobine (21), les moyens de rappel (27, 29) étant disposés de manière à agir sur l'élément d'obturation (26) par l'intermédiaire du noyau métallique (23).
  8. 8. Electrovanne selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend une bobine (21) et un noyau métallique (23) mobile sous l'activation électrique de la bobine (21), les moyens de rappel (27, 29) étant disposés de manière à agir directement sur l'élément d'obturation (26).
  9. 9. Electrovanne selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisée en ce que le passage (20) comprend un évidement axial (22) de la bobine (21).
  10. 10. Dispositif d'injection (1) dans une ligne d'échappement (2) d'un gaz pour la réduction sélective d'oxydes d'azote produits par un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend une électrovanne (8) selon l'une des revendications précédentes.
  11. 11. Dispositif d'injection (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de stockage (3) du gaz sous forme solide, les moyens de stockage (3) étant munis de plus de moyens de chauffage électriques (4).
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