FR3106386A1 - Vanne mécanique pour un système d'injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une vanne mécanique (1) pour système de solution aqueuse embarqué dans un véhicule, comprenant au moins une première chambre (10) et une deuxième chambre (11) séparées par une paroi de séparation (12), comprenant un trou traversant (120) muni d’un moyen d'ouverture et de fermeture (13) comprenant un premier élément (130) comprenant une unité d’obturation (1300) du trou traversant (120) située dans la première chambre (10) de la vanne mécanique (1) et ayant une unité d'extension (1301) s’étendant dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1) et un deuxième élément (131) situé dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1), ledit deuxième élément (131) comprenant un module déformable (1310); le module déformable (1310) du deuxième élément (131) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) est apte à appliquer une force sur l'unité d'extension (1301) du premier élément (130) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) par modification de la forme du module déformable (1310) du deuxième élément (13) par application d’un différentiel de pression entre la pression dans la deuxième chambre (11) et la pression atmosphérique, ladite force permettant la mise en communication fluidique des deux chambres (10, 11) par déplacement de l’unité d’obturation (1300) du premier élément (130); la vanne mécanique (1) étant telle que la première chambre (10) est apte à être connectée de manière fluidique à au moins un injecteur et la seconde chambre (11) est apte à être connectée de manière fluidique à un module de distribution de solution aqueuse. Figure pour l’abrégé : figure 1
Description
L'invention concerne une vanne mécanique pour un système d'injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule. L'invention concerne également un système d'injection de solution aqueuse comprenant ladite vanne mécanique et un procédé de commande de la vanne mécanique. Plus particulièrement, l’invention concerne une vanne mécanique pour un système d'injection d’eau dans un moteur thermique embarqué dans un véhicule ou bien pour un système d'injection de solution aqueuse d’urée au sein de la ligne d’échappement des gaz de combustion d’un moteur thermique à combustion interne à bord d’un véhicule automobile.
La stratégie d’injection d’eau dans un moteur à combustion interne embarqué dans un véhicule nécessite que la pression dans la conduite d’alimentation du système d’injection d’eau soit maintenue dans les injecteurs afin d’éviter que l’eau n’entre en ébullition. Par conséquent, une vanne pour un système d'injection d'eau dans un moteur à combustion interne embarqué dans un véhicule nécessite l’utilisation d'énergie, par exemple électrique, pour ouvrir et fermer la vanne d’injection, mais également pour utiliser un module de commande électronique (ECU) gérant les fonctions d'ouverture et de fermeture de ladite vanne. Ce module de commande nécessite en outre l’utilisation et le développement d’un logiciel de contrôle. Les coûts liés à une telle vanne et à un système d'injection d'eau dans un moteur à combustion interne embarqué dans un véhicule la comprenant sont donc considérablement élevés. L’injection de solution aqueuse d’urée au sein de la ligne d’échappement des gaz de combustion d’un moteur thermique à combustion interne à bord d’un véhicule automobile nécessite en outre de maintenir la pompe d’injection en fonctionnement afin de maintenir la pression dans la conduite d’alimentation du système d’injection de solution aqueuse d’urée ou/et bien l’l’utilisation d'énergie électrique pour ouvrir et fermer la vanne d’injection, mais également pour utiliser un module de commande électronique (ECU) gérant les fonctions d'ouverture et de fermeture de ladite vanne.
Il existe donc un besoin d'une vanne pour un système d'injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule ayant un niveau de performance similaire aux vannes existantes mais nécessitant moins d'énergie dans ses commandes et moins de contrôle logiciel tout en présentant un coût inférieur.
Un premier objet de la présente invention est donc de proposer une vanne pour un système d'injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule, qui surmonte les problèmes énumérés précédemment. Plus particulièrement, un premier objet de l’invention concerne une vanne mécanique pour un système d'injection d’eau dans un moteur thermique embarqué dans un véhicule ou bien pour un système d'injection de solution aqueuse d’urée au sein de la ligne d’échappement des gaz de combustion d’un moteur thermique à combustion interne à bord d’un véhicule automobile.
Un second objet de la présente invention est de fournir un système d'injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule comprenant ladite vanne. Plus particulièrement, un second objet de l’invention concerne un système d'injection d’eau dans un moteur thermique embarqué dans un véhicule comprenant ladite vanne ou bien pour un système d'injection de solution aqueuse d’urée au sein de la ligne d’échappement des gaz de combustion d’un moteur thermique à combustion interne à bord d’un véhicule automobile comprenant ladite vanne.
Un troisième objet de l’invention est de fournir une méthode de contrôle de ladite vanne mécanique d’un système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule. Plus particulièrement, un troisième objet de l’invention concerne une méthode de contrôle de ladite vanne mécanique d’un système d’injection d’eau dans un moteur thermique embarqué dans un véhicule comprenant ladite vanne ou bien une méthode de contrôle de ladite vanne mécanique pour un système d'injection de solution aqueuse d’urée au sein de la ligne d’échappement des gaz de combustion d’un moteur thermique à combustion interne à bord d’un véhicule automobile.
L'objectif ci-dessus est atteint par une vanne mécanique pour un système d'injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon la présente invention.
Conformément à un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une vanne mécanique pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule.
Selon l’invention, une telle vanne mécanique comprend au moins une première chambre et une deuxième chambre séparées par une paroi de séparation, ladite paroi comprenant un trou traversant, ledit trou traversant étant muni d’un moyen d'ouverture et de fermeture dudit trou traversant, le moyen d'ouverture et de fermeture comprenant:
• un premier élément comprenant une unité d’obturation du trou traversant située dans la première chambre de la vanne mécanique et ayant une unité d'extension s’étendant dans la deuxième chambre de la vanne mécanique;
• un deuxième élément situé dans la deuxième chambre de la vanne mécanique, ledit deuxième élément comprenant un module déformable;
dans laquelle le module déformable du deuxième élément du moyen d'ouverture et de fermeture est apte à appliquer une force sur l'unité d'extension du premier élément du moyen d'ouverture et de fermeture par modification de la forme du module déformable du deuxième élément par application d’un différentiel de pression entre la pression dans la deuxième chambre et la pression atmosphérique, ladite force permettant la mise en communication fluidique des deux chambres par déplacement de l’unité d’obturation du premier élément ;
la vanne mécanique étant telle que la première chambre est apte à être connectée de manière fluidique à au moins un injecteur et la seconde chambre est apte à être connectée de manière fluidique à un module de distribution de solution aqueuse. Préférentiellement, le module déformable est fixé sur une paroi de la deuxième chambre contigüe à la paroi de séparation, ladite paroi comprenant le module déformable étant préférentiellement orientée parallèlement au direction d’écoulement de solution aqueuse au sein de la vanne mécanique.
Le principe général de l’invention repose sur l’utilisation de différentiels de pression entre la pression atmosphérique et la pression régnant dans la deuxième chambre d’une part mais également entre la deuxième chambre et la première chambre d’autre part afin de contrôler l’ouverture et la fermeture de la vanne mécanique pour les opérations d’injection, de purge de la ligne d’injection par aspiration, et de fermeture de ladite vanne. Ces variations de pressions résultant des activités d’aspiration ou d’injection du module d’injection de solution aqueuse.
Par l’expression «solution aqueuse», on entend désigner une eau déminéralisée c’est-à-dire une eau présentant une conductivité électrique inférieure ou égale à 50 microsiemens par centimètre (µS/cm) à 20 degrés Celsius (°C), voire inférieure ou égale à 15 µS/cm à 20° C ou bien une solution aqueuse comprenant de l’urée telle qu’une solution de type AdBlue@ comprenant 32,5% en poids d’urée et 67.5% en poids d’eau déminéralisée.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la vanne mécanique pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule est telle que le moyen d'ouverture et de fermeture dudit trou traversant comprend un troisième élément situé dans une des deux chambres de la vanne mécanique, ledit troisième élément exerçant une force sur l'unité d’obturation du premier élément. Ledit troisième élément est préférentiellement un ressort spiral et/ou une barre de flexion. Préférentiellement, le troisième élément du moyen d'ouverture et de fermeture dudit trou traversant est situé dans la première chambre de la vanne mécanique.
Ainsi un tel mode de réalisation permet d’utiliser la vanne selon l’invention dans n’importe quel orientation grâce à la force exercée par le troisième élément sur l’unité d’obturation.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la vanne mécanique pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule est telle qu’au moins une partie de la paroi de séparation comprenant le trou traversant se projette dans la première chambre.
Ainsi un tel mode de réalisation permet l’obtention d’un siège pour l’unité de d’obturation.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la vanne mécanique pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule telle que l’unité d’obturation du trou traversant du premier élément située dans la première chambre de la vanne mécanique est de forme plane ou sphérique ou ellipsoïdale, préférentiellement ellipsoïdale de révolution.
Ainsi un tel mode de réalisation permet d’obtenir une excellente étanchéité de la vanne mécanique dans le cas d’une vanne dont l’unité d’obturation a une forme sphérique et dont le siège obtenu par la projection d’une partie de la paroi comprenant le trou traversant dans la première chambre est de forme conique. Alternativement, une vanne dont l’unité d’obturation est ellipsoïdale permet d’obtenir une ouverture plus facile de la vanne à contrainte égale.
Avantageusement, l’unité d’obturation est munie d’un moyen de fixation du troisième élément. L’unité d’obturation de forme sphérique comprend avantageusement un boisseau permettant une communication fluidique entre les deux chambres plus aisée. L’unité d’obturation de forme ellipsoïdale peut comprendre un point d’appui additionnel déporté permettant d’obtenir une connexion fluidique plus large entre les deux chambres, avantageusement un deuxième point d’appui en déport du premier permet d’obtenir une connexion fluidique encore plus importante. Par le terme boisseau, on entend plus particulièrement désigner un trou traversant l’unité d’obturation sphérique, ou une gorge creusée dans l’unité d’obturation ou une forme géométrique apte à constituer un canal de communication fluidique entre les deux chambres, préférentiellement le boisseau est un trou traversant l’unité d’obturation sphérique.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la vanne mécanique pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule est telle que l’unité d'extension s’étendant dans la deuxième chambre de la vanne mécanique du premier élément comprend au moins une tige.
Ainsi une unité d'extension sous forme de tige permet de bénéficier d’un bras de levier plus important réduisant la force à exercer pour déplacer l’unité d’obturation.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention du mode précédent, la vanne mécanique pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon l’invention est telle que la tige est incurvée ou pliée à au moins un endroit, préférentiellement à deux endroits avec des angles de pliure opposés.
Ainsi une telle tige permet de réduire la déformation du module de déformation afin d’exercer la force nécessaire sur l'unité d'extension du premier élément du moyen d'ouverture et de fermeture permettant la mise en communication fluidique des deux chambres par déplacement de l’unité d’obturation du premier élément.
Selon une mode de réalisation alternatifau mode précédent, la vanne mécanique pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon l’invention est telle que la tige est droite
Ainsi un telle tige permet un démoulage sans plan de joint dans la zone d’étanchéité
Selon un mode de réalisation alternatif au mode précédant, la vanne mécanique pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon l’invention est telle que la forme du module déformable permet de réduire la longueur de l’unité d’extension du premier élément du moyen d'ouverture et de fermeture.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la vanne mécanique pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule est telle que le module déformable du deuxième élément comprend une membrane en élastomère.
Selon une mode de réalisation préféré du mode précédent, la vanne mécanique pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule est telle que la membrane en élastomère repose sur une paroi de la deuxième chambre munie d’au moins une ouverture.
Ainsi une telle membrane du fait de ses propriétés élastiques plus importantes permet d’exercer un meilleur transfert de la force résultant du différentiel de pression entre la pression dans la deuxième chambre et la pression atmosphérique. La présence d’au moins une ouverture dans la paroi de la deuxième chambre permet d’effectuer la déformation à l’endroit de l’ouverture. Préférentiellement la membrane repose sur une grille. Avantageusement, la paroi munie d’au moins une ouverture, avantageusement la grille, est doublée, sur sa face extérieure par rapport à la deuxième chambre, d’éléments de rétention afin d’éviter une déformation de la membrane trop importante vers l’extérieur.
Selon un mode de réalisation préféré du mode précédent, la vanne mécanique pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule est telle que la membrane en élastomère comprend une zone rigide et une zone déformable, préférentiellement la zone rigide est une zone centrale et la zone déformable est une zone périphérique.
Ainsi la zone rigide permet d’avoir une surface de contact plus ferme avec l’unité d’extension du premier élément du moyen d'ouverture et de fermeture, la zone déformable permettant le soulèvement ou l’abaissement de la zone rigide en fonction du différentiel de pression entre la pression atmosphérique et la pression régnant dans la seconde chambre. Par l’expression zone rigide, on entend désigner que la zone rigide de la membrane d’élastomère ne subit pas ou peu de modification de forme par rapport à la zone déformable sous l’effet du différentiel de pression.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la vanne mécanique pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule est telle qu’elle comprend au sein de la deuxième chambre de la vanne mécanique un moyen limitant la déformation du module déformable du deuxième élément du moyen d'ouverture et de fermeture. Préférentiellement, le moyen limitant la déformation du module déformable est un élément de butée. L’élément de butée est préférentiellement situé sur une paroi de la deuxième chambre de la vanne mécanique en vis-à-vis de la paroi comprenant le module déformable. Avantageusement, l’élément de butée empêche une déformation trop importante du module déformable, voire une détérioration du module déformable.
Un second objet de la présente invention est également de fournir un système d'injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule comprenant ladite vanne mécanique. Plus particulièrement, un second objet de l’invention est de fournir un système d'injection d’eau dans un moteur thermique embarqué dans un véhicule ou bien pour un système d'injection de solution aqueuse d’urée au sein de la ligne d’échappement des gaz de combustion d’un moteur thermique à combustion interne à bord d’un véhicule automobile comprenant ladite vanne mécanique.
Un troisième objet de la présente invention est également de fournir une méthode de contrôle d’une vanne mécanique d’un système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule.
Selon un mode de mise en œuvre préféré de l’invention, la méthode de contrôle d’une vanne mécanique d’un système de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon l’invention, comprend les étapes suivantes en fonction de la demande du véhicule:
• Une étape d’injection de solution aqueuse par ouverture de la vanne mécanique comprenant:
I. Mise en surpression par rapport à la pression atmosphérique de la deuxième chambre de la vanne mécanique à au moins 2 bars, préférentiellement 10 bars;
II. Ouverture du trou traversant par déplacement de l’unité d’obturation par application d’une force supérieure à la force exercée par le poids du premier élément ou par le troisième élément,troisième élément préférentiellement situé dans la première chambre, de la vanne mécanique;
III. Mise en communication fluidique des deux chambres et injection de solution aqueuse;
• Etape de fermeture de la vanne mécanique comprenant:
I. Compression de l’unité d’obturation du trou traversant par le débit inversé de fluide, par le poids du premier élément ou par le troisième élément, troisième élément préférentiellement situé dans la première chambre de la vanne mécanique, lorsque la pression dans la deuxième chambre de la vanne mécanique est inférieure à la pression dans la première chambre, préférentiellement égale à la pression atmosphérique;
• Etape de purge de la ligne du système d’injection comprenant:
I. Mise en sous pression par rapport à la pression atmosphérique de la deuxième chambre de la vanne mécanique à au moins 200mbar;
II. Déplacement de l’unité d’obturation par application d’une force sur l'unité d'extension du premier élément via une déformation du module déformable du deuxième élément du moyen d'ouverture et de fermeture;
III. Mise en communication fluidique des deux chambres et purge de la ligne.
Par les expressions «Mise en surpression par rapport à la pression atmosphérique » ou «Mise en sous pression par rapport à la pression atmosphérique», on entend désigner une valeur de pression dans la seconde chambre exprimée en grandeur absolue.
Brève description des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels:
Description détaillée
On a représenté sur la figure 1 un premier mode de réalisation d’une vanne mécanique (1) pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon l’invention. La vanne mécanique (1) comprend une première chambre (10) et une deuxième chambre (11) séparées par une paroi (12), ladite paroi (12) comprenant un trou traversant (120), au moins une partie de la paroi (12) comprenant le trou traversant (120) se projette dans la première chambre (10). Le trou traversant (120) est muni d’un moyen d'ouverture et de fermeture (13). Le moyen d'ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) comprendun premier élément (130) comprenant une unité d’obturation (1300) du trou traversant (120) de forme plate située dans la première chambre (10) de la vanne mécanique (1) et ayant une unité d'extension (1301) s’étendant dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1). L’unité d’extension (1301) est une tige est pliée à deux endroits avec des angles de pliure opposés de manière à réduire la distance entre la tige et un deuxième élément (131) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120). Le deuxième élément (131) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) est situé dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1), ledit deuxième élément (131) comprenant un module déformable (1310). Le module déformable (1310) est préférentiellement une membrane en élastomère (13100). Le module déformable (1310) du deuxième élément (131) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) est apte à appliquer une force sur l'unité d'extension (1301) du premier élément (130) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) par modification de la forme du module déformable (1310) du deuxième élément (131) par application d’un différentiel de pression entre la pression dans la deuxième chambre (11) et la pression atmosphérique, ladite force permettant la mise en communication fluidique des deux chambres (10, 11) par déplacement de l’unité d’obturation (1300) du premier élément (130). Le module déformable (1310) en membrane en élastomère (13100) repose sur une paroi (14) munie d’au moins une ouverture (140) de la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1). Préférentiellement, la paroi (14) est une grille doublée sur sa face extérieure par rapport à la deuxième chambre (11) d’éléments de rétention (15) afin d’éviter une déformation de la membrane (13100) trop importante vers l’extérieur. La vanne mécanique (1) est telle que la première chambre (10) est apte à être connectée de manière fluidique à au moins un injecteur non représenté et la seconde chambre (11) est apte à être connectée de manière fluidique à un module de distribution de solution aqueuse non représenté. Le moyen d'ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) de la vanne mécanique (1) comprend un troisième élément (132) situé dans la première chambre (10) de la vanne mécanique (1), ledit troisième élément (132) exerçant une force sur l'unité d’obturation (1300) du premier élément (130) est un ressort spiral.
On a représenté sur la figure 2 un module déformable (1310) en membrane en élastomère (13100) tel qu’utilisé dans la vanne mécanique (1) selon l’invention. La membrane en élastomère (13100) comprend une zone rigide centrale (131000) et une zone déformable périphérique (131001). La zone rigide centrale (131000) permet d’avoir une surface de contact plus ferme avec l’unité d’extension du premier élément du moyen d'ouverture et de fermeture non représenté, la zone déformable (131001) permettant quant à elle le soulèvement ou l’abaissement de la zone rigide (131000) en fonction du différentiel de pression entre la pression atmosphérique et la pression régnant dans la seconde chambre de la vanne mécanique non représentée. On remarque que la membrane élastomère (13100) comprend une zone rigide additionnelle (131002) destinée à la fixation de la membrane (13100) sur une paroi de la deuxième chambre de la vanne mécanique non représentée.
On a représenté à la figure 3 un premier mode de réalisation du premier élément (130) du moyen d‘ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) de la paroi de séparation (12) entre les deux chambres (10, 11) de la vanne mécanique (1) selon l’invention. Le premier élément (130) comprend un premier élément (130) comprenant une unité d’obturation (1300) du trou traversant (120) de forme ellipsoïdale située dans la première chambre (10) de la vanne mécanique (1) et ayant une unité d'extension (1301) s’étendant dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1). Une forme ellipsoïdale de l’unité d’obturation (1300) permet d’obtenir une ouverture plus facile de la vanne (1). La paroi de séparation (12) entre les deux chambres (10, 11) de la vanne mécanique (1) forme un siège de forme conique (121) dans sa partie s’étendant vers la première chambre (10) servant de réceptacle à l’unité d’obturation (1300). L’unité d’obturation (1300) est également munie d’un moyen de fixation (13000) du troisième élément (132) du moyen d’ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120). Le troisième élément (132) est représenté par les premières spires d’un ressort spiral. L’unité d’obturation (1300) de forme ellipsoïdale comprend également un point d’appui additionnel (13001) déporté permettant d’obtenir une connexion fluidique plus large entre les deux chambres (10, 11) et un deuxième point d’appui (13002) en déport du premier (13001) permettant d’obtenir une connexion fluidique encore plus importante. La ligne en trait mixte représente un plan de référence du premier élément (130) du moyen d’ouverture et de fermeture (13) en position fermée, il permet d’indiquer l’importance du basculement et donc de l’ouverture.
On a représenté aux figures 4 et 5 une vue schématique transversale détaillée illustrant le mode d’ouverture du mode de réalisation du premier élément (130) du moyen d‘ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) de la paroi de séparation (12) entre les deux chambres (10, 11) de la vanne mécanique (1) selon l’invention illustré à la figure 3. On observe l’effet obtenu par la présence du point d’appui additionnel (13001) déporté permettant d’obtenir une connexion fluidique plus large entre les deux chambres (10, 11) (figure 4) et un deuxième point d’appui (13002) en déport du premier (13001) permettant d’obtenir une connexion fluidique encore plus importante (figure 5). Les flèches pointillées indiquent le sens du flux de liquide et son importance. La ligne en trait mixte est un plan de référence du premier élément (130) du moyen d’ouverture et de fermeture (13) en position fermée, il permet d’indiquer l’importance du basculement et donc de l’ouverture.
On a représenté à la figure 6 un second mode de réalisation du premier élément (130) du moyen d‘ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) de la paroi de séparation (12) entre les deux chambres (10, 11) de la vanne mécanique (1) selon l’invention. Le premier élément (130) comprend une unité d’obturation (1300) du trou traversant (120) de forme sphérique située dans la première chambre (10) de la vanne mécanique (1) et ayant une unité d'extension (1301) s’étendant dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1). Une forme sphérique de l’unité d’obturation (1300) permet d’obtenir permet d’obtenir une excellente étanchéité de la vanne mécanique (1). La paroi de séparation (12) entre les deux chambres (10, 11) de la vanne mécanique (1) forme un siège de forme conique (121) dans sa partie s’étendant vers la première chambre (10) servant de réceptacle à l’unité d’obturation (1300). L’unité d’obturation (1300) est également munie d’un moyen de fixation (13000) du troisième élément (132) du moyen d’ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120). Le troisième élément (132) est représenté par les premières spires d’un ressort spiral. L’unité d’obturation (1300) de forme sphérique comprend également un trou traversant (13003) permettant d’obtenir une connexion fluidique maximale mieux contrôlée entre les deux chambres (10, 11).
On a représenté à la figure 7 une vue schématique transversale détaillée illustrant le mode d’ouverture du mode de réalisation du premier élément (130) du moyen d‘ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) de la paroi de séparation (12) entre les deux chambres (10, 11) de la vanne mécanique (1) selon l’invention illustré à la figure 6. On observe l’effet obtenu par la présence du trou traversant (13003) présent dans l’unité d’obturation de forme sphérique (1300), le flux de liquide passant par le trou traversant (13003) lorsque la connexion fluidique est établie entre les deux chambres (10, 11). La flèche pointillée indique le sens du flux de liquide.
On a représenté à la figure 8 un troisième mode de réalisation du premier élément (130) du moyen d‘ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) de la paroi de séparation (12) entre les deux chambres (10, 11) de la vanne mécanique (1) selon l’invention. Le premier élément (130) comprend une unité d’obturation (1300) du trou traversant (120) de forme sphérique munie d’un boisseau (13004) située dans la première chambre (10) de la vanne mécanique (1) et ayant une unité d'extension (1301) s’étendant dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1). La paroi de séparation (12) entre les deux chambres (10, 11) de la vanne mécanique (1) forme un siège de forme conique (121) dans sa partie s’étendant vers la première chambre (10) servant de réceptacle à l’unité d’obturation (1300). L’unité d’obturation (1300) est également munie d’un moyen de fixation (13000) du troisième élément (132) du moyen d’ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120). Le troisième élément (132) est représenté par les premières spires d’un ressort spiral. Le boisseau (13004) se présente sous la forme d’une gorge creusée dans l’unité d’obturation (1300).
On a représenté à la figure 9 une vue schématique transversale détaillée illustrant le mode d’ouverture du mode de réalisation du premier élément (130) du moyen d‘ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) de la paroi de séparation (12) entre les deux chambres (10, 11) de la vanne mécanique (1) selon l’invention illustré à la figure 8. On observe l’effet obtenu par la présence du boisseau (13004) présent sous la forme d’une gorge creuse dans l’unité d’obturation de forme sphérique (1300). Le flux de liquide passe par le boisseau (13004) lorsque la connexion fluidique est établie entre les deux chambres (10, 11). La flèche pointillée indique le sens du flux de liquide.
On a représenté sur la figure 10 un mode de réalisation d’une vanne mécanique (1) pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon l’invention. La vanne mécanique (1) comprend une première chambre (10) et une deuxième chambre (11) séparées par une paroi (12), ladite paroi (12) comprenant un trou traversant (120), au moins une partie de la paroi (12) comprenant le trou traversant (120) se projette dans la première chambre (10). Le trou traversant (120) est muni d’un moyen d'ouverture et de fermeture (13). Le moyen d'ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) comprendun premier élément (130) comprenant une unité d’obturation (1300) du trou traversant (120) de forme plate située dans la première chambre (10) de la vanne mécanique (1) et ayant une unité d'extension (1301) s’étendant dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1). L’unité d’extension (1301) est une tige est pliée à deux endroits avec des angles de pliure opposés de manière à réduire la distance entre la tige et un deuxième élément (131) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120). Le deuxième élément (131) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) est situé dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1), ledit deuxième élément (131) comprenant un module déformable (1310). Le module déformable (1310) est préférentiellement une membrane en élastomère (13100). Le module déformable (1310) du deuxième élément (131) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) est apte à appliquer une force sur l'unité d'extension (1301) du premier élément (130) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) par modification de la forme du module déformable (1310) du deuxième élément (131) par application d’un différentiel de pression entre la pression dans la deuxième chambre (11) et la pression atmosphérique, ladite force permettant la mise en communication fluidique des deux chambres (10, 11) par déplacement de l’unité d’obturation (1300) du premier élément (130). Le module déformable (1310) en membrane en élastomère (13100) repose sur une paroi (14) munie d’au moins une ouverture (140) de la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1). Préférentiellement, la paroi (14) est une grille doublée sur sa face extérieure par rapport à la deuxième chambre (11) d’éléments de rétention (15) afin d’éviter une déformation de la membrane (13100) trop importante vers l’extérieur. La vanne mécanique (1) est telle que la première chambre (10) est apte à être connectée de manière fluidique à au moins un injecteur non représenté et la seconde chambre (11) est apte à être connectée de manière fluidique à un module de distribution de solution aqueuse non représenté. Le moyen d'ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) de la paroi de séparation (12) de la vanne mécanique (1) comprend un troisième élément (132) situé dans la première chambre (10) de la vanne mécanique (1), ledit troisième élément (132) exerçant une force sur l'unité d’obturation (1300) du premier élément (130) est un ressort spiral. L’unité d’obturation (1300) est munie d’un moyen de fixation (13000) du troisième élément (132) du moyen d’ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120). Le moyen de fixation (13000) est préférentiellement une protubérance de diamètre légèrement inférieur à celui du ressort spiral afin de permettre un montage aisé de la vanne par insertion de la protubérance dans le ressort spiral.
On a représenté sur la figure 11 un mode de réalisation d’une vanne mécanique (1) pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon l’invention. La vanne mécanique (1) comprend une première chambre (10) et une deuxième chambre (11) séparées par une paroi (12), ladite paroi (12) comprenant un trou traversant (120), au moins une partie de la paroi (12) comprenant le trou traversant (120) se projette dans la première chambre (10). Le trou traversant (120) est muni d’un moyen d'ouverture et de fermeture (13). Le moyen d'ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) comprendun premier élément (130) comprenant une unité d’obturation (1300) du trou traversant (120) de forme ellipsoïdale située dans la première chambre (10) de la vanne mécanique (1) et ayant une unité d'extension (1301) s’étendant dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1). L’unité d’obturation (1300) du trou traversant (120) de forme ellipsoïdale repose sur un siège de forme conique (121). L’unité d’extension (1301) est une tige est pliée à deux endroits avec des angles de pliure opposés de manière à réduire la distance entre la tige et un deuxième élément (131) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120). Le deuxième élément (131) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) est situé dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1), ledit deuxième élément (131) comprenant un module déformable (1310). Le module déformable (1310) est préférentiellement une membrane en élastomère (13100). Le module déformable (1310) du deuxième élément (131) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) est apte à appliquer une force sur l'unité d'extension (1301) du premier élément (130) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) par modification de la forme du module déformable (1310) du deuxième élément (131) par application d’un différentiel de pression entre la pression dans la deuxième chambre (11) et la pression atmosphérique, ladite force permettant la mise en communication fluidique des deux chambres (10, 11) par déplacement de l’unité d’obturation (1300) du premier élément (130). Le module déformable (1310) en membrane en élastomère (13100) repose sur une paroi (14) munie d’au moins une ouverture (140) de la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1). Préférentiellement, la paroi (14) est une grille doublée sur sa face extérieure par rapport à la deuxième chambre (11) d’éléments de rétention (15) afin d’éviter une déformation de la membrane (13100) trop importante vers l’extérieur. La vanne mécanique (1) est telle que la première chambre (10) est apte à être connectée de manière fluidique à au moins un injecteur non représenté et la seconde chambre (11) est apte à être connectée de manière fluidique à un module de distribution de solution aqueuse non représenté. Le moyen d'ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) de la vanne mécanique (1) comprend un troisième élément (132) situé dans la première chambre (10) de la vanne mécanique (1), ledit troisième élément (132) exerçant une force sur l'unité d’obturation (1300) du premier élément (130) est une barre de flexion.
On a représenté sur la figure 12 la flexion du troisième élément (132) du moyen d‘ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) de la paroi de séparation (12) entre les deux chambres (10, 11) au sein de la vanne mécanique (1) selon l’invention tel que présenté à la figure 11 lors de l’ouverture de la vanne mécanique (1) mettant en connexion fluidique les deux chambres (10, 11). Le module déformable (1310) du deuxième élément (131) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) applique une force sur l'unité d'extension (1301) du premier élément (130) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) par modification de la forme du module déformable (1310) du deuxième élément (131) par application d’un différentiel de pression entre la pression dans la deuxième chambre (11) et la pression atmosphérique, ladite force permettant la mise en communication fluidique des deux chambres (10, 11) par déplacement de l’unité d’obturation (1300) du premier élément (130). Le module déformable (1310) en membrane en élastomère (13100) s’éloigne de la paroi (14) munie d’au moins une ouverture (140) de la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1) du fait du différentiel de pressions. La paroi (14) est une grille doublée sur sa face extérieure par rapport à la deuxième chambre (11) d’éléments de rétention (15) afin d’éviter une déformation de la membrane (13100) trop importante vers l’extérieur.
On a représenté sur les figures 13 et 14 des alternatives du mode de réalisation du troisième élément (132) du moyen d‘ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) de la paroi de séparation (12) entre les deux chambres (10, 11) au sein de la vanne mécanique (1) selon l’invention. La figure 13 illustre un troisième élément (132) du moyen d’ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) de la vanne mécanique (1) selon l’invention. Ledit troisième élément (132) est localisé dans le première chambre (10) de la vanne mécanique (1) et comprend une barre de flexion et un ressort spiral. La figure 14 illustre un troisième élément (132) du moyen d’ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) de la vanne mécanique (1) selon l’invention. Ledit troisième élément (132) est localisé dans le deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1) et comprend un ressort spiral. Le ressort spiral est connecté sur la tige formant l’unité d’extension (131) et une paroi (14) de la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1) selon l’invention.
On a représenté sur la figure 15 un exemple de fonctionnement de la vanne mécanique (1) selon l’invention en mode injection. L’étape d’injection de solution aqueuse par ouverture de la vanne mécanique (1) comprend la mise en surpression par rapport à la pression atmosphérique de la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1) à au moins 2 bars, préférentiellement 10 bars. Cette étape de mise en surpression s’effectue via la pompe du module d’injection de solution aqueuse non représenté sur la figure. L’ouverture du trou traversant (120) est effectuée par déplacement de l’unité d’obturation (1300) du premier élément (130) du moyen d‘ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) de la paroi de séparation (12) entre les deux chambres (10, 11). Ce déplacement résulte de l’application d’une force supérieure à la force exercée par le troisième élément (132) situé dans la première chambre (10) de la vanne mécanique(1). La pression régnant dans la deuxième chambre (11) est donc supérieure à la pression atmosphérique. Cette force supérieure est la force hydraulique résultant de l’enclenchement de la pompe du module d’injection de solution aqueuse non représentée. Il s’en suit une mise en communication fluidique des deux chambres (10, 11) de la vanne mécanique (1) et l’injection de solution aqueuse. Cette injection est effectuée à un débit de l’ordre de 80 L/h ce qui entraîne une chute de pression d’un bar entre l’entrée de la vanne mécanique (1) dans la deuxième chambre (11) et la sortie de la vanne mécanique (1) dans la première chambre (10). Les flèches pointillées indiquent le sens de circulation de l’eau en considérant le sens d’injection.
On a représenté sur la figure 16 un exemple de fonctionnement de la vanne mécanique (1) selon l’invention en mode fermeture. L’étape de fermeture de la vanne mécanique (1) comprend une compression de l’unité d’obturation (1300) du trou traversant (120) par le troisième élément (132) du moyen d‘ouverture et de fermeture (13) du trou traversant (120) de la paroi de séparation (12) entre les deux chambres (10, 11). Ledit troisième élément (132) est situé dans la première chambre (10) de la vanne mécanique (1). Cette fermeture est effectuée lorsque la pression dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1) est inférieure à la pression dans la première chambre (10), préférentiellement la pression dans la deuxième chambre (11) est égale à la pression atmosphérique, ceci résultant de l’action conjointe des forces de pression et de rappel élastique du ressort spiral. La pression dans la ligne d’injection du côté de la première chambre (10) de la vanne mécanique (1) est de l’ordre de 3 à 15 bars par exemple. La pression régnant dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1) étant égale à la pression atmosphérique, cette différence de pression entre les deux chambres (10, 11) permet également d’assurer la fermeture du trou traversant (120) par l’unité d’obturation (1300). La flèche pointillée indique le retour de l’eau vers le module d’injection de solution aqueuse est fermé.
On a représenté sur la figure 17 un exemple de fonctionnement de la vanne mécanique (1) selon l’invention en mode purge de la ligne d’injection. L’étape de purge de la ligne du système d’injection comprendune mise en sous pression par rapport à la pression atmosphérique de la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1) à au moins -200mbar. Cette étape de mise en sous pression est effectuée par aspiration par la pompe du module d’injection de solution aqueuse non représentée, en d’autre terme la pompe du module d’injection de solution aqueuse fonctionne en sens contraire de l’injection. Il en résulte un déplacement de l’unité d’obturation (1300) par l’application d’une force sur l'unité d'extension (1301) du premier élément (130) via une déformation du module déformable (1310) du deuxième élément (131) du moyen d'ouverture et de fermeture(13), le module déformable (1310) étant déformé vers l’intérieur de la deuxième chambre (11). Cette force résulte de la mise en sous pression de la deuxième chambre (11). Il s’en suit une mise en communication fluidique des deux chambres (10, 11) et une purge de la ligne. La flèche pointillée indique le sens d’écoulement du liquide.
Claims (11)
- Vanne mécanique (1) pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule, ladite vanne (1) comprenant au moins une première chambre (10) et une deuxième chambre (11) séparées par une paroi de séparation (12), ladite paroi (12) comprenant un trou traversant (120), ledit trou traversant (120) étant muni d’un moyen d'ouverture et de fermeture (13) dudit trou traversant (120), le moyen d'ouverture et de fermeture (13) comprenant:
• un premier élément (130) comprenant une unité d’obturation (1300) du trou traversant (120) située dans la première chambre (10) de la vanne mécanique (1) et ayant une unité d'extension (1301) s’étendant dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1);
• un deuxième élément (131) situé dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1), ledit deuxième élément (131) comprenant un module déformable (1310);
dans laquelle le module déformable (1310) du deuxième élément (131) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) est apte à appliquer une force sur l'unité d'extension (1301) du premier élément (130) du moyen d'ouverture et de fermeture (13) par modification de la forme du module déformable (1310) du deuxième élément (130) par application d’un différentiel de pression entre la pression dans la deuxième chambre (11) et la pression atmosphérique, ladite force permettant la mise en communication fluidique des deux chambres (10, 11) par déplacement de l’unité d’obturation (1300) du premier élément (130);
la vanne mécanique (1) étant telle que la première chambre (10) est apte à être connectée de manière fluidique à au moins un injecteur et la seconde chambre (11) est apte à être connectée de manière fluidique à un module de distribution de solution aqueuse. - Vanne mécanique (1) pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon la revendication 1, telle qu’elle comprend un troisième élément (132) situé dans la première chambre (10) de la vanne mécanique (1), ledit troisième élément (132) exerçant une force sur l'unité d’obturation (1300) du premier élément (130);
- Vanne mécanique (1) pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon une quelconque des revendications précédentes, telle qu’au moins une partie de la paroi de séparation (12) comprenant le trou traversant (120) se projette dans la première chambre (10).
- Vanne mécanique (1) pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon une quelconque des revendications précédentes, telle que l’unité d’obturation (1300) du trou traversant (120) du premier élément (130) située dans la première chambre (10) de la vanne mécanique (1) est de forme plane ou sphérique ou ellipsoïdale, préférentiellement ellipsoïdale.
- Vanne mécanique (1) pour système de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon une quelconque des revendications précédentes, telle que l’unité d'extension (1301) s’étendant dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1) du premier élément (130) comprend au moins une tige.
- Vanne mécanique (1) pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon la revendication 5, telle que la tige est incurvée ou pliée à au moins un endroit, préférentiellement à deux endroits avec des angles de pliure opposés.
- Vanne mécanique (1) pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon une quelconque des revendications précédentes, telle que le module déformable (1310) du deuxième élément (131) comprend une membrane en élastomère (13100).
- Vanne mécanique (1) pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon la revendication 7, telle que la membrane en élastomère (13100) repose sur une paroi (14) de la deuxième chambre (11) munie d’au moins une ouverture (140).
- Vanne mécanique (1) pour système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon la revendication 8, telle que la membrane en élastomère (13100) comprend une zone rigide (131000) et une zone déformable (131001).
- Système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule comprenant une vanne mécanique (1) selon une quelconque des revendication 1 à 9.
- Méthode de contrôle d’une vanne mécanique (1) d’un système d’injection de solution aqueuse embarqué dans un véhicule selon la revendication 10, comprenant les étapes suivantes en fonction de la demande du véhicule:
• Une étape d’injection de solution aqueuse par ouverture de la vanne mécanique (1) comprenant:
I. Mise en surpression par rapport à la pression atmosphérique de la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1) à au moins 2 bar, préférentiellement 10 bars;
II. Ouverture du trou traversant (120) par déplacement de l’unité d’obturation (1300) par application d’une force supérieure à la force exercée par le poids du premier élément (130) ou par le troisième élément (132),troisième élément (132) préférentiellement situé dans la première chambre (10), de la vanne mécanique(1);
III. Mise en communication fluidique des deux chambres (10, 11) et injection de solution aqueuse;
• Etape de fermeture de la vanne mécanique (1) comprenant:
I. Compression de l’unité d’obturation (1300) du trou traversant (120) par le poids du premier élément (130) ou par le troisième élément (132), troisième élément (132) préférentiellement situé dans la première chambre (10) de la vanne mécanique (1), lorsque la pression dans la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1) est inférieure à la pression dans la première chambre (10), préférentiellement égale à la pression atmosphérique;
• Etape de purge de la ligne du système d’injection comprenant:
I. Mise en sous pression par rapport à la pression atmosphérique de la deuxième chambre (11) de la vanne mécanique (1) à au moins -200mbar;
II. Déplacement de l’unité d’obturation (1300) par application d’une force sur l'unité d'extension (1301) du premier élément (130) via une déformation du module déformable (1310) du deuxième élément (131) du moyen d'ouverture et de fermeture(13);
III. Mise en communication fluidique des deux chambres (10, 11) et purge de la ligne.
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- 2020-01-17 FR FR2000480A patent/FR3106386B1/fr active Active
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