DISPOSITIF POUR L'INJECTION D'UN PRODUIT REDUCTEUR DANS UNE CANALISATION D'ECHAPPEMENT
[0001] L'invention concerne la dépollution des moteurs à combustion interne. [0002] Les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne équipant la plupart des véhicules automobiles contiennent un certain nombre de polluants dont il est souhaitable de réduire les rejets dans l'atmosphère (notamment des oxydes d'azote, du monoxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés, des particules et du dioxyde de carbone). Les réglementations applicables en matière de pollution par des véhicules automobiles abaissent régulièrement les plafonds de rejets acceptables. Le plafond de rejet des oxydes d'azote a ainsi subi plusieurs baisses progressives. Par ailleurs, un certain nombre de législations ont mis en place une fiscalité tenant compte de la quantité de dioxyde de carbone émise. [0003] Une grande partie des polluants générés par un moteur à combustion interne est due à une combustion incomplète du carburant. Une première stratégie de réduction des rejets polluants consiste à réduire la quantité des polluants pénétrant dans la ligne d'échappement. Une deuxième stratégie de réduction des rejets polluants consiste à réaliser un post-traitement des gaz traversant la ligne d'échappement. [0004] Pour réaliser un post-traitement, la plupart des véhicules sont désormais équipés d'un convertisseur catalytique comprenant un catalyseur d'oxydation (pour oxyder le monoxyde de carbone et les hydrocarbures imbrûlés) et un catalyseur de réduction (pour réduire les oxydes d'azote). [0005] Le catalyseur d'oxydation est constitué par un boîtier monté dans la ligne d'échappement. Le boîtier renferme un support ou substrat revêtu d'un matériau actif. Le substrat est généralement constitué d'un corps monolithique en céramique en forme de nid d'abeille formant des canaux destinés à être traversés par les gaz d'échappement. Les principaux composants du corps sont généralement de l'alumine ou des alumino-silicates dopés par de la zircone (cordiérite, mullite, mullite-zircone). Le revêtement en matériaux actifs peut être composé de métaux précieux combinés tels que le platine, le palladium ou le rhodium. [0006] La technique de recirculation de gaz d'échappement dite EGR permet de réduire la température moyenne dans la chambre de combustion et de diminuer la quantité d'oxyde d'azote formée. [0007] Il est également connu d'implanter un piège à NOx sur la ligne d'échappement pour fixer provisoirement les NOx avant de procéder à leur réduction lors d'une étape de régénération. Le piège à NOx comprend du Baryum qui fixe et oxyde les oxydes d'azote lorsque la richesse dans les gaz d'échappement est pauvre. Lors des régénérations, on augmente la richesse des gaz d'échappement, ce qui permet au Rhodium du piège à NOx de réaliser la réduction des oxydes d'azote. [0008] Il est en outre connu d'utiliser un système de réduction catalytique sélective dit SCR dans lequel un réducteur tel que de l'ammoniaque ou des hydrocarbures est utilisé pour réaliser la réduction des oxydes d'azote provenant du moteur. [0009] Le plus souvent, le réducteur ou le produit précurseur du réducteur est injecté par l'intermédiaire d'un injecteur électromécanique. L'injection est généralement réalisée entre un dispositif de stockage d'oxydes d'azote et un dispositif SCR. [0010] Il est connu de stocker le produit réducteur sous forme de sels solides. Le réducteur est libéré et fourni à l'injecteur par réchauffage des sels solides. Dans une telle solution, le sel solide est en pratique stocké dans deux cartouches différentes. La libération du réducteur est réalisée par réchauffage d'une des cartouches. Le réchauffage est effectué soit par un chauffage électrique externe, soit par un fluide caloporteur chaud (liquide de refroidissement, carburant...). Une première cartouche, destinée à être utilisée au démarrage moteur, présente une dimension relativement réduite et est configurée pour libérer rapidement le réducteur. Cette cartouche peut être réchauffée aisément pour libérer rapidement le réducteur mais présente une autonomie réduite. Une deuxième cartouche, destinée à être utilisée lorsque le moteur est chaud, présente un volume de stockage plus important et est configurée pour présenter une autonomie importante (typiquement comprise entre 20 000 et 30 000 km), proche de l'intervalle de maintenance du véhicule. En pratique, la première cartouche est le plus souvent réchauffée par un chauffage électrique, tandis que le deuxième cartouche est réchauffée par du liquide de refroidissement. [0011] Le réchauffage des cartouches induit une augmentation de la pression du réducteur de plusieurs bars au-dessus de la pression atmosphérique. Le débit injecté dans la ligne d'échappement est fonction de la différence de pression entre la ligne d'échappement et la pression en amont de l'injecteur. Il est important de garantir l'absence de fuite de l'injecteur pour éviter des émissions polluantes à la sortie de la ligne d'échappement. [0012] Le document WO2009/060288 décrit un injecteur permettant de limiter des fuites liées à des défauts de fabrication ou liées à une défaillance du système d'injection. L'injecteur décrit comprend une aiguille mobile, venant en contact avec un siège pour obturer le passage du réducteur. Un ressort de rappel sollicite l'aiguille pour la plaquer contre le siège. L'aiguille est commandée par un solénoïde afin de l'écarter du siège et permettre l'injection du réducteur. Afin de réduire les fuites dues à un défaut de qualité de contact entre l'aiguille et le siège, le document propose d'exciter le solénoïde de façon à accroître la pression de l'aiguille contre le siège durant les phases de fermeture. [0013] Cependant, un tel dispositif nécessite en pratique d'appliquer en permanence une énergie électrique sur l'injecteur. La consommation électrique de ce dispositif est ainsi gênante pour l'utilisation du véhicule. [0014] L'invention vise à résoudre cet inconvénient. L'invention porte ainsi sur un dispositif pour l'injection d'un produit réducteur dans une tubulure d'échappement, comprenant : [0015] -une entrée du produit réducteur ; [0016] -une sortie du produit réducteur, destinée à être raccordée à une tubulure d'échappement ; [0017] -un organe mobile entre une position d'obturation de la sortie et une position de mise en communication de la sortie avec l'entrée ; [0018] -un organe de commande configuré pour entraîner sélectivement l'organe mobile vers sa position de mise en communication de la sortie avec l'entrée. [0019] L'organe mobile comporte une surface d'actionnement sollicitée par la pression du produit réducteur au niveau de l'entrée de sorte que cette pression du produit réducteur sollicite l'organe mobile vers sa position d'obturation de la sortie. [0020] Selon une variante, l'organe mobile comporte : [0021] -une membrane fixée à sa périphérie et formant ladite surface d'actionnement ; [0022] -un piston fixé au niveau de la partie médiane de la membrane et conformé pour assurer l'obturation de la sortie dans ladite position d'obturation. [0023] Selon une variante, l'organe mobile comporte une chambre, et l'organe mobile comprend une plaque coulissant dans la chambre, formant ladite surface d'actionnement, et comportant un orifice. [0024] Selon encore une variante, l'organe mobile coulisse dans un alésage en communication avec la sortie, une canalisation étant formée dans l'organe mobile pour mettre la chambre en communication avec la sortie seulement lorsque l'organe mobile est dans sa position de mise en communication. [0025] Selon encore une autre variante, un organe de rappel sollicite l'organe mobile vers sa position de mise en communication. [0026] Selon une variante, l'organe de commande inclut un solénoïde et l'excitation du solénoïde sollicite l'organe mobile vers sa position de mise en communication. [0027] L'invention porte en outre sur un système pour l'injection d'un produit réducteur dans une tubulure d'échappement, comprenant : [0028] -un dispositif tel que décrit ci-dessus ; [0029] -un réservoir de stockage de produits réducteurs raccordés à l'entrée du dispositif. [0030] Selon une variante, le système comprend en outre : [0031] -un dispositif de chauffage du réservoir de stockage ; [0032] -un dispositif de contrôle commandant simultanément un chauffage du réservoir de stockage et un entraînement de l'organe mobile vers sa position de mise en communication de la sortie avec l'entrée. [0033] Selon encore une variante, le système comprend une tubulure d'échappement munie d'un dispositif de réduction catalytique sélective, la sortie dudit dispositif d'injection étant raccordée à la tubulure d'échappement en amont du dispositif de réduction catalytique sélective. [0034] L'invention porte en outre sur un véhicule automobile comprenant un système tel que décrit ci-dessus. [0035] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur muni d'un système de dépollution ; - les figures 2 à 4 illustrent un premier mode de réalisation d'un dispositif d'injection selon l'invention ; - les figures 5 à 7 illustrent un deuxième mode de réalisation d'un dispositif d'injection selon l'invention. [0036] La figure 1 représente schématiquement un moteur à combustion interne 1 muni d'une tubulure d'échappement et d'un système de post-traitement des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement générés par le moteur 1 s'écoulent à travers le circuit d'échappement. Le circuit d'échappement comprend la tubulure d'échappement 4 dans laquelle le système de post-traitement des gaz d'échappement 2 est monté. Le moteur 1 peut typiquement être monté dans un véhicule automobile. [0037] La tubulure d'échappement 4 débute au niveau des chambres de combustion du moteur 1 et débouche au niveau d'une sortie 250 de diffusion des gaz d'échappement vers l'extérieur. Le système de post-traitement des gaz d'échappement 2 comprend un dispositif de stockage des oxydes d'azote 200 et un dispositif SCR 210 disposé en aval du dispositif de stockage 200. Un catalyseur d'oxydation diesel peut être intégré dans le dispositif de stockage 200. [0038] Un injecteur 3 permet d'injecter un produit précurseur d'ammoniaque (ou de l'ammoniaque) entre le dispositif de stockage 200 et le dispositif SCR 210. Un système de gestion d'injection 5 est connecté à l'injecteur 3. [0039] Le système de gestion d'injection 5 comprend un contrôleur 53 dédié au système de dépollution, un calculateur de contrôle moteur 52 configuré pour communiquer avec le contrôleur 53, et une alimentation électrique 51 alimentant le contrôleur 53. Le système de gestion d'injection 5 comporte également des cartouches de stockage 54 et 55 du produit réducteur. [0040] Le calculateur 52 commande un certain nombre de composants du moteur 1 non représentés (par exemple des injecteurs de carburant, des bougies d'allumage, une valve d'admission d'air, une vanne de recyclage des gaz d'échappement, etc...) pour définir les paramètres de fonctionnement de ce moteur 1, en fonction de différentes valeurs mesurées et en fonction de différentes cartographies. Le contrôleur 53 gère différents périphériques dédiés à la pollution, dont les cartouches de stockage 54 et 55 du produit précurseur. [0041] La cartouche de stockage 55 est destinée à être utilisée durant les phases de démarrage du moteur 1, lorsque celui-ci est encore froid. La cartouche 55 est destinée à stocker des sels solides libérant le produit réducteur (par exemple, de l'ammoniaque) par réchauffage. La cartouche 55 est munie d'un dispositif de chauffage, par exemple sous forme de circuit de chauffage alimenté électriquement. L'utilisation d'un tel circuit de chauffage alimenté électriquement permet de procéder à un chauffage très rapide des sels, lors du démarrage du véhicule. [0042] La cartouche de stockage 54 est destinée à être utilisée durant l'essentiel des phases de fonctionnement du moteur 1, lorsque celui-ci est chaud. La cartouche 54 est destinée à stocker des sels solides libérant le produit réducteur par réchauffage. La cartouche 54 est munie d'un dispositif de chauffage, par exemple sous forme d'un circuit recevant le liquide de refroidissement provenant du moteur 1. Le chauffage par le liquide de refroidissement peut ainsi s'avérer inopérant avant que le moteur ne soit chaud. La cartouche 54 présente un volume de stockage très supérieur à celui de la cartouche 55, le but de la cartouche 54 étant de fournir une autonomie en produit réducteur correspondant si possible au moins aux intervalles de maintenance du véhicule. [0043] Les figures 2 à 4 illustrent un premier mode de réalisation d'un dispositif d'injection 3 selon l'invention, dans différentes configurations de fonctionnement. Le dispositif d'injection 3 comporte une entrée 33 raccordée aux cartouches de stockage 54 et 55 pour recevoir du produit réducteur. L'entrée 33 communique d'une part avec une chambre 34, et d'autre part avec une canalisation 36. La chambre 34 est délimitée entre un couvercle 35 et une membrane 37. La membrane 37 est fixée par sa périphérie au corps du dispositif d'injection 3. La membrane 37 est flexible dans sa partie médiane. Un piston 32 est fixé à la partie médiane de la membrane 37. L'association du piston 32 et de la membrane 37 forme un organe mobile coulissant par rapport au corps. Le corps comporte par ailleurs un conduit 31 de sortie du produit réducteur, destiné à être raccordé à une tubulure échappement. Le piston 32 coulisse dans le conduit 31 entre plusieurs positions : une position d'obturation d'une communication entre la canalisation 36 et le conduit de sortie 31, et une position de mise en communication de la canalisation 36 avec le conduit 31. [0044] Le dispositif d'injection 3 comprend par ailleurs un organe de commande 39, en l'occurrence un solénoïde. Avec une excitation électrique appropriée, le solénoïde 39 entraîne le piston 32 vers la position de mise en communication de la canalisation 36 avec le conduit 31. Le dispositif d'injection 3 comprend en outre un ressort de rappel 38 sollicitant le piston vers sa position de mise en communication de la canalisation 36 avec le conduit de sortie 31. [0045] La pression du produit réducteur arrivant par l'entrée 33 est appliquée dans la chambre 34. La surface supérieure de la membrane 37 est donc soumise à la pression régnant dans la chambre 34. Par l'intermédiaire de la canalisation 36, une pression de produit réducteur s'exerce également sur la surface inférieure de la membrane 37. Du fait de pertes de charge dans la canalisation 36, la pression du produit réducteur au niveau de la surface inférieure de la membrane est inférieure à la pression du produit réducteur au niveau de la surface supérieure de la membrane. Par ailleurs, la section sur laquelle le produit réducteur exerce une pression sur la surface inférieure est inférieure à la section sur laquelle le produit réducteur exerce une pression sur la surface supérieure. Par conséquent, l'introduction de produit réducteur sous pression dans le dispositif d'injection 3 sollicite le piston 32 vers sa position d'obturation du conduit de sortie 31. La pression de produit réducteur place donc le dispositif d'injection 3 dans un mode normalement fermé, ce qui est une garantie contre des émissions en cas de défaillance. [0046] La figure 2 illustre le dispositif d'injection 3 dans sa configuration au repos. Dans cette configuration, le solénoïde 39 n'est pas excité et seuls les efforts appliqués par le ressort 38 et la pression du produit réducteur définissent la position du piston 32. Dans cette configuration, la pression dans la chambre 34 est à un niveau normal, et est suffisante pour maintenir le piston 32 en position d'obturation. [0047] La figure 3 illustre le dispositif d'injection 3 dans sa configuration d'injection. Dans cette configuration, le solénoïde 39 est excité. L'effort induit par le solénoïde 39 cumulé à l'effort exercé par le ressort 38 permet de déplacer le piston 32 jusqu'à une position de mise en communication de la canalisation 36 avec le conduit 31. Le produit réducteur est ainsi injecté dans la tubulure d'échappement 4. [0048] La figure 4 illustre le dispositif d'injection 3 dans sa configuration de défaillance. Dans cette configuration, le solénoïde 39 n'est pas excité et seuls les efforts appliqués par le ressort 38 et la pression du produit réducteur définissent la position du piston 32. Du fait du réchauffage continu des sels solides, la pression du produit réducteur dans la chambre 34 augmente. L'effort exercé par le produit réducteur sur la membrane 37 étant supérieur à l'effort exercé par le ressort 38, le piston 32 vient en butée contre le corps dans une position d'obturation de la communication entre le conduit 31 et la canalisation 36. [0049] Dans cette position, on garantit ainsi l'absence de rejet incontrôlé de produit réducteur dans l'atmosphère suite à une défaillance du dispositif d'injection 3. Cette obturation est obtenue par l'intermédiaire d'un dispositif d'injection simple et ne consommant pas d'énergie électrique en dehors des phases d'injection. [0050] Les figures 5 à 7 illustrent un deuxième mode de réalisation d'un dispositif d'injection 3 selon l'invention, dans différentes configurations de fonctionnement. Le dispositif d'injection 3 comporte une entrée 33 raccordée aux cartouches de stockage 54 et 55 pour recevoir du produit réducteur. L'entrée 33 est ménagée au niveau d'une arrivée de produit réducteur. L'entrée 33 est ménagée sous forme d'orifice réalisé dans une plaque 322 d'un organe mobile. L'organe mobile comporte par ailleurs un arbre 32. L'organe mobile est monté coulissant par rapport au corps. L'entrée 33 débouche dans une chambre 34 au niveau de la partie inférieure de la plaque 322. La chambre 34 est délimitée par la plaque 322 et par le corps du dispositif d'injection 3. [0051] Le corps comporte par ailleurs un conduit 31 de sortie du produit réducteur, destiné à être raccordé à une tubulure échappement. Une canalisation 36 relie la chambre 34 au conduit de sortie 31. L'arbre 32 coulisse dans le conduit 31 entre plusieurs positions : une position d'obturation d'une communication entre la canalisation 36 et le conduit de sortie 31, et une position de mise en communication de la canalisation 36 avec le conduit 31. [0052] L'arbre 32 comporte une canalisation 321. La canalisation 321 relie un orifice inférieur à un orifice latéral de l'arbre 32. Lorsque l'orifice latéral est en vis-à-vis de la canalisation 36, la canalisation 36 communique avec le conduit de sortie 31. Lorsque l'orifice latéral n'est pas en vis-à-vis de la canalisation 36, l'arbre 32 est dans sa position d'obturation entre le conduit de sortie 31 et la canalisation 36. [0053] Le dispositif d'injection 3 comprend par ailleurs un organe de commande 39, en l'occurrence un solénoïde. Avec une excitation électrique appropriée, le solénoïde 39 entraîne l'arbre 32 et la plaque 322 vers la position de mise en communication de la canalisation 36 avec le conduit 31. Le dispositif d'injection 3 comprend en outre un ressort de rappel 38 sollicitant l'arbre 32 vers sa position de mise en communication de la canalisation 36 avec le conduit de sortie 31. [0054] La pression du produit réducteur arrivant au niveau de l'entrée 33 est appliquée sur la surface supérieure de la plaque 322. Par l'intermédiaire de l'entrée 33, une pression de produit réducteur s'exerce également sur la surface inférieure de la plaque 322, à l'intérieur de la chambre 34. Du fait de pertes de charge dans l'orifice d'entrée 33, la pression du produit réducteur au niveau de la surface inférieure de la plaque 322 est inférieure à la pression du produit réducteur au niveau de la surface supérieure de la plaque 322. Par ailleurs, la section sur laquelle le produit réducteur exerce une pression sur la surface inférieure est inférieure à la section sur laquelle le produit réducteur exerce une pression sur la surface supérieure de la plaque 322. Par conséquent, l'introduction de produit réducteur sous pression dans le dispositif d'injection 3 sollicite l'arbre 32 vers sa position d'obturation du conduit de sortie 31 [0055] La figure 5 illustre le dispositif d'injection 3 dans sa configuration au repos. Dans cette configuration, le solénoïde 39 n'est pas excité et seuls les efforts appliqués par le ressort 38 et la pression du produit réducteur définissent la position de l'arbre 32. Dans cette configuration, la pression sur la surface supérieure de la plaque 322 est à un niveau normal, et est suffisante pour maintenir l'arbre 32 en position d'obturation. [0056] La figure 6 illustre le dispositif d'injection 3 dans sa configuration d'injection. Dans cette configuration, le solénoïde 39 est excité. L'effort induit par le solénoïde 39 cumulé à l'effort exercé par le ressort 38 permet de déplacer l'arbre 32 jusqu'à une position de mise en communication de la canalisation 36 avec le conduit 31. Le produit réducteur est ainsi injecté dans la tubulure d'échappement 4. [0057] La figure 7 illustre le dispositif d'injection 3 dans sa configuration de défaillance. Dans cette configuration, le solénoïde 39 n'est pas excité et seuls les efforts appliqués par le ressort 38 et la pression du produit réducteur définissent la position de l'arbre 32. Du fait du réchauffage continu des sels solides, la pression du produit réducteur sur la surface de la plaque 322 augmente. L'effort exercé par le produit réducteur sur la plaque 322 étant supérieur à l'effort exercé par le ressort 38, la plaque 322 vient en butée contre le corps dans une position d'obturation de la communication entre le conduit 31 et la canalisation 36. [0058] Dans cette position, on garantit ainsi l'absence de rejet incontrôlé de produit réducteur dans l'atmosphère suite à une défaillance du dispositif d'injection 3. Cette obturation est obtenue par l'intermédiaire d'un dispositif d'injection simple et ne consommant pas d'énergie électrique en dehors des phases d'injection. [0059] Dans l'éventualité d'une défaillance, il est avantageux de pouvoir détecter celle-ci même si le dispositif d'injection 3 permet d'éviter des rejets incontrôlés de produit réducteur dans l'atmosphère. Pour cela, on peut utiliser un capteur de régulation de contrôle d'émission pour détecter la défaillance. Une boucle de régulation de contrôle d'émission comprend généralement un capteur de pression. Si la pression mesurée par ce capteur est anormalement élevée ou non-conforme à une valeur attendue, une défaillance peut être détectée. Une autre boucle de régulation de contrôle d'émission peut inclure un capteur de NOx qui détecte une valeur d'émission anormale. Lors d'une détection de défaillance, le contrôleur 53 pourra cesser de procéder au réchauffage des cartouches de stockage 54 et 55, pourra renvoyer un signal d'erreur pour placer le calculateur 52 dans un mode dégradé ou pour afficher un voyant d'anomalie.