WO2011027059A1 - Dispositif d'injection de reducteur pour une reduction catalytique selective et ensemble comportant un moteur et une ligne d'echappement muni d'un tel dispositf d'injection - Google Patents

Dispositif d'injection de reducteur pour une reduction catalytique selective et ensemble comportant un moteur et une ligne d'echappement muni d'un tel dispositf d'injection Download PDF

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reducer
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Pierre-Henri Maesse
Mehdi Ferhan
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Peugeot Citroen Automobiles SA
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a gear reducer for selective catalytic reduction.
  • the invention further relates to an exhaust line of an internal combustion engine comprising the gear reducer.
  • the invention provides a gear reducer injection device, in particular urea, for a selective catalytic reduction comprising a piston movable in an injection chamber; a feed supplying the reducer chamber; a gear injection nose at the outlet of the injection chamber; characterized in that the device further comprises an operating fluid source of the piston and a check valve mounted on the supply.
  • the actuating fluid is the fuel of the high pressure rail of an engine. Alternatively, this operating fluid can also be compressed air.
  • the pressure of the source (14) fluid is between 300 and 2000 bar.
  • the device comprises an injector needle obstructing the injection nose; and optionally a control solenoid of the injection needle.
  • the displacement of the piston in the injection chamber comprises a gear injection movement by the injection nose and a feed-in suction movement of the feed to the injection chamber.
  • the injection device further comprises a piston operating chamber and a first solenoid valve having a switching position of the piston operating chamber with the operating fluid source.
  • the injection device further comprises an actuating chamber of the piston for the injection movement; a piston operating chamber for the suction movement; a first solenoid valve having a switching position of the piston operating chamber according to the injection movement with the operating fluid source; and a second solenoid valve having a switching position of the piston operating chamber according to the suction movement with the operating fluid source.
  • At least one solenoid valve further has a switching position of at least one actuating chamber with a discharge of the actuating fluid from the actuating chamber.
  • the present invention also relates to an assembly comprising a motor and connected to the output of this engine, an exhaust line comprising a selective catalytic reduction catalyst and a gear reducer injection device in the line as defined above. .
  • the distance along the exhaust line between the injection nose and the catalyst is less than 250mm.
  • the assembly is further characterized in that the engine comprises a high pressure fuel injection rail, the source of fluid actuating the injection device of the exhaust line being a pressure tap of the high pressure rail.
  • Figure 1 a motor diagram connected to an exhaust line provided with a reduction gear injection device for selective catalytic reduction;
  • Figure 2 a diagram of a gear reducer injection for selective catalytic reduction.
  • the invention relates to a reduction gear injection device for selective catalytic reduction.
  • the injection device comprises a piston movable in an injection chamber.
  • the injection device further comprises a feed supplying the gearbox chamber and a gear injection nozzle at the outlet of the injection chamber.
  • the injection device further comprises a fluid source for actuating the piston.
  • NOx traps In the field of NOx decontamination of engines, particularly diesel engines, it is known to use post-treatment systems such as NOx traps or selective catalytic reduction systems. Such systems can be used to meet the stringent standards of accreditation.
  • NOx trap systems are integrated on light vehicles. Their use leads to overconsumption caused by the purges of the NOx trap.
  • SCR selective catalytic reduction
  • the SCR system comprises injecting an SCR reductant into the NOx-containing gases upstream of the position of the SCR catalyst in the exhaust line containing the gases.
  • the SCR gearbox is injected sufficiently upstream of the position of the SCR catalyst to allow the catalyst to be mixed with the gases to be cleaned.
  • the state of the art shows that a minimum of 250mm is required between the injection point of the SCR gearbox and the SCR catalyst. The integration of such an SCR system is therefore difficult in a space constrained in volume.
  • the use of a fluid source for actuating the movable piston of the injection chamber of the reducer allows an injection of the pressure reducer by the injection nose.
  • Such a pressure injection of the reducer improves the mixing of the reducing agent in the gases to be treated. Improvement of the mixture allows the reduction of the distance along the exhaust line between the SCR gear injection and the SCR catalyst.
  • the invention ultimately provides a SCR system that can be integrated in a very constrained space volume.
  • Figure 1 shows a motor diagram 70 connected to an exhaust line 80.
  • the exhaust line 80 comprises depollution elements 82 and an SCR system formed of a catalyst SCR 84 and a device injection SCR reducer.
  • the depollution element 82 illustrated in FIG. 1 is an oxidation catalyst (DOC) placed upstream of the SCR system.
  • DOC oxidation catalyst
  • the injection device 10 is connected to a source 14 of operating fluid.
  • the source 14 of operating fluid is a pressure tap of the high-pressure rail 74.
  • the actuating fluid can thus be the fuel of the high pressure rail 74 of the engine 70.
  • the fuel is for example diesel, or gasoline, the engine to which the exhaust line is associated being then by example an engine operating at least according to certain modes of combustion lean mixture.
  • the SCR gearbox injection device is particularly useful for diesel engines escaping a significant amount of NOx.
  • the actuating fluid may advantageously be compressed air. SCR systems are in fact generally used on heavy goods vehicles which also have sources of compressed air for other applications. It is thus advantageous to provide that the operating fluid is compressed air already available on the vehicle. Compressed air also provides an injection device 10 simpler to design from a sealing point of view.
  • the fluid actuation can be any other fluid emitted by a pressure source of the vehicle on which the device can be embedded, thus allowing a use of energy already available on the vehicle.
  • the reducing agent may be anhydrous ammonia, ammonia solution, or urea or any reducing solution of NOx.
  • Urea has the advantage of being the most safe SCR reducer to be stored on a motor vehicle.
  • the source of operating fluid is at a pressure between 300 and 2000 bar.
  • pressure of the actuating fluid makes it possible to drastically improve the spraying of the reducer in the exhaust line 80 and thus allows a very sharp reduction in the mixing distance between the injection device 10 and the SCR catalyst 84.
  • FIG. 2 shows an injection device 10 SCR gearbox.
  • the injection device 10 comprises an injection nose 16, a piston 30 movable in an injection chamber 38.
  • the injection chamber 38 is supplied with a gear unit 12 by a reducer.
  • the injection device further comprises a source of actuating fluid 14.
  • the piston 30 may comprise a head, in the injection chamber 38 illustrated in Figure 2, and a rod.
  • the piston 30 may also comprise a second head, connected to the first head by the rod. This second head is located in the reference chamber 34 illustrated in FIG. 2.
  • the use of a piston 30 allows the thermal behavior of the device to be carried only on mechanical parts instead of electrical connectors.
  • the feed 12 comprises a non-return valve 22.
  • This non-return valve 22 allows the gearbox to be pressurized by the actuation of the piston 30 while avoiding the reflux of the gearbox by 12.
  • the actuation of the piston by the source 14 is then entirely dedicated to the injection of reducer by the injection nose. Such an injection device is then more efficient.
  • the injection nose 16 of the injection device 10 may comprise a valve 62 calibrated pressure.
  • the valve 62 pressure calibrated and allows an automatic injection of the reducer present in the injection chamber 38 from the reducer has a pressure higher than a reference pressure.
  • An additional actuator is then dispensed with for the control of the injection device 10.
  • the spraying, or injection, of the reducer into the exhaust line 80 can then be done at a predetermined pressure allowing a great repetitiveness of the selective catalytic reduction.
  • the injection device may also comprise an injector needle and a solenoid for controlling the injection needle (not shown in FIG. 2).
  • the injection needle obstructs the injection nose 16 which is then in a position where the injection nose 16 does not inject a reducer into the exhaust line 80.
  • the piloting solenoid makes it possible to "lift" the needle, that is to say to release the injection nose 16 of the needle to allow injection of the reducer by the injection nose 16.
  • the actuation of the piston 30 in the injection chamber 38 makes it possible to increase the pressure of the reducer independently of the reference pressure of the pressure-fitted valve 62 included in the injection nose 16. It is thus possible to obtain a injection pressure higher than the reference pressure of the valve 62 calibrated pressure.
  • Such an injection device 10 comprising an injector needle and its control solenoid allows precise control of the moment when the reducer is injected by the injection nose 16. It can be chosen to inject the reducer to a precise moment during the operating phase of the internal combustion engine 70 to which the exhaust line 80 can be connected.
  • the injection needle also makes it possible to overcome the need for purges of the injection device 10 as a reducer.
  • the injection device 10 may, under certain circumstances, be purged reducer.
  • the reducer may freeze in the injection chamber 38.
  • a purge may be desirable.
  • the injection needle can then be designed to rise in case of overpressure due for example to the solidification of the gearbox.
  • the displacement of the piston 30 may comprise a movement from left to right, reference 58, and from the right to the left, reference 54.
  • the reference movement 58 corresponds to an injection movement 58 of the reducer by the injection nose 16.
  • the movement 58 of the piston causes a compression of the reducer present in the injection chamber 38.
  • the compressed reducer is then injected, for example when it reaches the reference pressure of a valve 62 calibrated pressure.
  • the reference movement 54 corresponds to a suction movement 54 of the feed reducer 12 to the injection chamber 38.
  • This suction movement 54 may also be called pumping.
  • the reducer present in the chamber 38 is expanded and draws the reducer from the gearbox supply 12.
  • the displacement of the piston 30 in the injection chamber 38 may ultimately include an injection gear 58 of the reducer by the injection nose 16 and a suction movement 54 of the feed reducer 12 to the injection chamber 38.
  • the injection device 10 thus performs the functions of an injector / metering device.
  • the injection device 10 is self-priming, i.e. it is possible to do without a pump between a SCR gearbox reservoir and the injection device
  • the injection device 10 may further comprise a spring 36.
  • the spring 36 facilitates the driving of the piston 30 according to the suction movement 54 previously defined.
  • the use of a spring to drive the suction movement 54 allows a simple and inexpensive embodiment of a self-priming injection device.
  • the injection device 10 may comprise a chamber 34 for actuating the piston 30.
  • the piston 30 movable in the injection chamber 38, by its first head, is then also mobile in the actuating chamber 34, by its second head.
  • the actuating chamber 34 then transmits the pressure or the hydrostatic energy of the actuating fluid from the source 14 to the reducer in the injection chamber 38, by the rod between the two heads of the piston 30.
  • the hydrostatic energy is the energy related to the pressure of a fluid.
  • the actuating chamber 34 can then be filled directly by the actuating fluid.
  • the actuating fluid having a certain pressure, then displaces the piston 30 according to the injection movement 58 in the injection chamber 38.
  • the filling of the actuating chamber 34 directly with the actuating fluid allows obtain a simplified and economical design of the
  • the actuating chamber 34 may also be filled with an intermediate fluid.
  • the switching position of the first switch of the actuating chamber with the source 14 of the actuating fluid makes it possible to hydrostatically connect the actuating fluid with an intermediate fluid in the actuating chamber.
  • the hydrostatic connection transmits the hydrostatic energy of the actuating fluid to the intermediate fluid.
  • the intermediate fluid in the actuating chamber 34 then acts in turn on the piston by displacing the piston 30 according to the injection movement 58.
  • an intermediate fluid avoids the mixing of the two fluids.
  • the actuating fluid that can have other functions during the integration of the injection device on a vehicle. It can also be an aspect related to the security of the device.
  • the fouling of the actuating chamber with the fuel and / or the pressurization in a confined chamber of a flammable fuel is avoided.
  • the first switch may be a first solenoid valve 44 as shown in FIG. 2.
  • the use of a solenoid valve 44 facilitates the operation of the injection device 10, particularly the moment of the injection of the reducer by the nose of the valve. Injection 1 2.
  • the solenoid valve 44 allows in fact a high steering precision for a cost and a simplified design compared to a mechanical valve.
  • the embodiment of the injection device 10 as previously described makes it possible to control the entire device using the only first solenoid valve 44.
  • the injection device 10 may comprise two actuating chambers (not shown). In the embodiment illustrated in FIG. 2, by imagining the deletion of the element 36, the two actuating chambers correspond to the volume referenced 34 and to the volume containing the element 36.
  • the left chamber is an operating chamber of the piston according to the injection movement 58 and the right chamber is an actuating chamber of the piston according to the suction movement 54.
  • the piston 30 moves in a reducing motion 58 of the reducer.
  • the piston 30 moves in a suction movement 54 of the reducer.
  • the use of two actuating chambers makes it possible for example to dispense with spring 36 while keeping an effective self-priming injection device 10.
  • the second actuating chamber makes it possible to control the suction, and therefore to accelerate in particular the priming of the system and to increase the reliability of the dosing of the reducing agent in the injection chamber 38.
  • the two actuating chambers may be hydrostatically connected to the operating fluid source via respective solenoid valves, or any other switches.
  • the injection device 10 may therefore comprise a first solenoid valve.
  • This first solenoid valve has a switching position of the piston operating chamber according to the injection movement 58 with the source of operating fluid.
  • Such an injection device 10 may also include a second solenoid valve.
  • the second solenoid valve having a switching position of the piston operating chamber according to the suction movement 54 with the operating fluid source.
  • the injection device 10 may also be connected to a discharge 18 of the actuating fluid contained in the or different actuating chambers.
  • the switch may have an additional switching position.
  • the switch can always be a solenoid valve. This additional switching position switches at least one actuating chamber with a discharge 18 of the actuating fluid of the actuating chamber.
  • the displacement of the piston 30 according to the suction movement 54 is then facilitated. Indeed the evacuation 18 of the fluid can be relatively low pressure relative to the pressure of the source 14 of the actuating fluid. The piston 30 in its suction movement then encounters little mechanical strength.
  • an evacuation 18 of the actuating fluid also allows the reuse of the actuating fluid, when for example it has other functions in the vehicle where the injection device 10 is integrated.
  • the actuating fluid is fuel
  • the fuel present in the actuating chamber can then be evacuated, through the evacuation 18, into the return of the fuel injection circuit. The fuel is not lost and can be used again, after compression, in the high pressure rail of a motor 70.
  • the size of the piston is identical between the injection chamber 38 and the actuating chamber 34. It may be preferable that the size is adapted to the needs of injection, spray, reducer. It is indeed possible to increase the injection pressure of the reducer by adjusting the dimensional parameters of the piston.
  • the invention also proposes an exhaust line 80, illustrated in FIG. 1.
  • the exhaust line 80 has a gear injection device 10 as previously described.
  • the injection device 10 then makes it possible to inject the reducer
  • SCR in the exhaust line 80 As previously described SCR gear injection is part of one of the operating steps of an SCR system.
  • the injection of SCR gearbox makes it possible to clean up NOx exhaust gases present in the exhaust line 80.
  • the injection device 10 allows injection, or spraying, SCR gearbox with a higher pressure.
  • This injection has higher SCR gear pressure in the exhaust line 80 ultimately resulted in better mixing of the reducer in the exhaust gas or at a shorter mixing distance.
  • the exhaust line 80 may further comprise a catalytic selective reduction catalyst 84, SCR catalyst, illustrated in Figure 1.
  • This catalyst 84 completes the SCR system on the exhaust line 80.
  • the injection device 10 allows a reduction in the mixing distance between the nose of the injector 12 and the catalyst 84 in the exhaust line.
  • the distance along the exhaust line 80 between the injection nose 18 and the catalyst 84 may then be less than 250mm.
  • Such a distance of less than 250 mm results in a better compactness of the SCR system on the exhaust line 80.
  • Such compactness makes it easy to integrate the SCR system on vehicles, particularly light vehicles such as passenger cars.
  • the invention also proposes a vehicle comprising a motor 70, a high-pressure rail 74 for injecting fuel, for example diesel, into the engine 70.
  • the vehicle further comprises an exhaust line 80 such that previously described.
  • the source 74 of the operating fluid of the injection device 10 of the exhaust line 80 can thus be a pressure tap of the high-pressure rail 74.
  • the pressure take-off of the high-pressure rail 74 makes it possible to avoid the recourse to an actuation fluid not necessarily present on the vehicle.
  • the existing one is used to operate the injection device 10 on the vehicle, thus limiting the additional costs of use and installation of the injection device 10.
  • the fuel of the high pressure rail 74 may have a pressure of between 300 and 2000bar. Such pressures allow efficient spraying of the reducer in the exhaust line 80 while using energy already embedded on the vehicle.
  • the vehicle may further comprise a compressed air compressor or other compressed air generator.
  • the operating fluid of the injection device 10 of the exhaust line 80 can then be compressed air.
  • the use of compressed air as the operating fluid is particularly advantageous for vehicles already carrying a compressed air generator, particularly heavy goods vehicles. This limits the use of other actuating fluid, such as fuel injection rail high pressure.
  • the exhaust line 80 of the vehicle may further comprise pollution control elements 82.
  • the pollution control elements 82 of the exhaust line 80 are advantageously placed under the turbocharger of the engine 70. Placement under the turbocharger of the engine 70 depollution elements 82, and possibly the injection device 10, means that the various members of the exhaust line 80 are disposed in a space spatially under the engine 70 and close to the engine 70. The various links between the motor 70 and the exhaust line 80 thus have a reduced length. The recovery of the high pressure of the actuating fluid from the rail is thus easier. This is for example the turbo and the injection device 10 as previously described. Such integration of the pollution control elements 82 also allows greater compactness of all these elements in the same spatial area, facilitating their maintenance and / or replacement.

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Abstract

L'invention se rapporte à un dispositif d'injection (10) de réducteur pour une réduction catalytique sélective comprenant un piston mobile (30) dans une chambre d'injection (38); une alimentation (12) alimentant la chambre en réducteur; un nez d'injection (16) de réducteur en sortie de la chambre d'injection ainsi qu'une source (14) en fluide d'actionnement du piston. L'invention permet d'obtenir un système de réduction catalytique sélective pouvant être intégré dans un espace très contraint en volume.

Description

DISPOSITIF D'INJECTION DE REDUCTEUR POUR UNE REDUCTION CATALYTIQUE SELECTIVE ET ENSEMBLE COMPORTANT UN MOTEUR ET UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT MUNI D'UN TEL DISPOSITF D'INJECTION [oooi ] La présente invention revendique la priorité de la demande française 0955997 déposée le 3 septembre 2009 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[ooo2] La présente invention concerne un dispositif d'injection de réducteur pour une réduction catalytique sélective. L'invention concerne en outre une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne comprenant le dispositif d'injection de réducteur.
[ooo3] Dans le domaine de la dépollution des moteurs à combustion, la réduction de l'émission des NOx de moteurs Diesel est nécessaire à l'atteinte des normes sévères d'homologation. Des systèmes de dépollution des NOx sont connus pour les véhicules ayant un moteur à combustion interne, comme le piège à NOx ou le système à réduction catalytique sélective, (en anglais "sélective catalytic réduction" ou en abrégé SCR). Les inconvénients du système SCR sont le coût du système et son intégration sur la base véhicule.
[ooo4] Il existe donc un besoin pour un système SCR pouvant être intégré dans un espace très contraint en volume.
[ooo5] Pour cela, l'invention propose un dispositif d'injection de réducteur, notamment d'urée, pour une réduction catalytique sélective comprenant un piston mobile dans une chambre d'injection ; une alimentation alimentant la chambre en réducteur ; un nez d'injection de réducteur en sortie de la chambre d'injection ; caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre une source en fluide d'actionnement du piston et un clapet anti-retour monté sur l'alimentation.
[ooo6] Dans une variante, le fluide d'actionnement est le carburant du rail haute pression d'un moteur. Alternativement, ce fluide d'actionnement peut aussi être de l'air comprimé. [ooo7] Dans une variante, la pression de la source (14) en fluide est comprise entre 300 et 2000 bar. [0008] Dans une variante, le dispositif comprend une aiguille d'injecteur obstruant le nez d'injection ; et éventuellement un solénoïde de pilotage de l'aiguille d'injection.
[ooo9] Dans une variante, le déplacement du piston dans la chambre d'injection comporte un mouvement d'injection de réducteur par le nez d'injection et un mouvement d'aspiration de réducteur de l'alimentation vers la chambre d'injection.
[ooi o] Dans une variante, il comprend en outre un ressort entraînant le piston selon le mouvement d'aspiration.
[ooi i] Dans une variante, le dispositif d'injection comporte en outre une chambre d'actionnement du piston et une première électrovanne ayant une position de commutation de la chambre d'actionnement du piston avec la source en fluide d'actionnement.
[0012] Dans une variante, le dispositif d'injection comporte en en outre une chambre d'actionnement du piston pour le mouvement d'injection ; une chambre d'actionnement du piston pour le mouvement d'aspiration ; une première électrovanne ayant une position de commutation de la chambre d'actionnement du piston selon le mouvement d'injection avec la source en fluide d'actionnement ; et une deuxième électrovanne ayant une position de commutation de la chambre d'actionnement du piston selon le mouvement d'aspiration avec la source en fluide d'actionnement.
[0013] Dans une variante, au moins une électrovanne a en outre une position de commutation d'au moins une chambre d'actionnement avec une évacuation du fluide d'actionnement de la chambre d'actionnement.
[0014] La présente invention a également pour objet un ensemble comprenant un moteur et reliée en sortie de ce moteur, une ligne d'échappement comprenant un catalyseur de réduction catalytique sélective et un dispositif d'injection de réducteur dans la ligne tel que défini précédemment.
[0015] Dans une variante, la distance le long de la ligne d'échappement entre le nez d'injection et le catalyseur est inférieure à 250mm.
[0016] Dans une variante, l'ensemble est en outre caractérisé en ce que le moteur comprend un rail haute pression d'injection de carburant, la source de fluide d'actionnement du dispositif d'injection de la ligne d'échappement étant une prise de pression du rail haute pression.
[ooi 7] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent :
• figure 1 , un schéma de moteur relié à une ligne d'échappement munie d'un dispositif d'injection de réducteur pour réduction catalytique sélective ;
• figure 2, un schéma d'un dispositif d'injection de réducteur pour réduction catalytique sélective. [0018] L'invention se rapporte à un dispositif d'injection de réducteur pour réduction catalytique sélective. Le dispositif d'injection comprend un piston mobile dans une chambre d'injection. Le dispositif d'injection comprend en outre une alimentation alimentant la chambre en réducteur ainsi qu'un nez d'injection de réducteur en sortie de la chambre d'injection. Le dispositif d'injection comprend en outre une source en fluide d'actionnement du piston.
[0019] Dans le domaine de la dépollution en NOx des moteurs, particulièrement les moteurs Diesel, il est connu d'utiliser des systèmes de post-traitement comme les pièges à NOx ou les systèmes de réduction catalytique sélective. De tels systèmes peuvent être employés pour atteindre les normes sévères d'homologation. [0020] Les systèmes de piège à NOx sont intégrés sur des véhicules légers. Leur utilisation entraîne une surconsommation engendrée par les purges du piège à NOx.
[0021 ] La réduction catalytique sélective, en anglais sélective catalytic réduction (SCR), est particulièrement employée sur les véhicules poids lourd. En effet les systèmes SCR ont un encombrement important ce qui diminue leur faculté d'intégration dans les bases véhicules. Le système SCR comprend l'injection d'un réducteur SCR dans les gaz contenant les NOx et ce en amont de la position du catalyseur SCR dans la ligne d'échappement contenant les gaz. On injecte le réducteur SCR suffisamment en amont de la position du catalyseur SCR pour permettre le mélange du catalyseur avec les gaz à dépolluer. L'état de l'art montre qu'il faut un minimum de 250mm entre le point d'injection du réducteur SCR et le catalyseur SCR. L'intégration d'un tel système SCR est donc difficile dans un espace contraint en volume.
[0022] L'utilisation d'une source de fluide pour actionner le piston mobile de la chambre d'injection du réducteur permet une injection du réducteur sous pression par le nez d'injection. Une telle injection sous pression du réducteur améliore le mélange du réducteur dans les gaz à dépolluer. L'amélioration du mélange autorise la réduction de la distance le long de la ligne d'échappement entre l'injection de réducteur SCR et le catalyseur SCR.
[0023] L'invention permet en définitive d'obtenir un système SCR pouvant être intégré dans un espace très contraint en volume.
[0024] La figure 1 montre un schéma de moteur 70 relié à une ligne d'échappement 80. La ligne d'échappement 80 comprend des éléments de dépollution 82 et un système SCR formé d'un catalyseur SCR 84 et d'un dispositif d'injection 10 de réducteur SCR. L'élément de dépollution 82 illustré figure 1 est un catalyseur d'oxydation (DOC) placé en amont du système SCR.
[0025] Le dispositif d'injection 10 est relié à une source 14 de fluide d'actionnement. Dans la représentation figure 1 , la source 14 de fluide d'actionnement est une prise de pression du rail haute pression 74.
[0026] Le fluide d'actionnement peut ainsi être le carburant du rail haute pression 74 du moteur 70. Le carburant est par exemple du gazole, ou encore de l'essence, le moteur auquel la ligne d'échappement est associée étant alors par exemple un moteur fonctionnant au moins selon certain modes de combustion en mélange pauvre. Le dispositif d'injection de réducteur SCR est en effet particulièrement utile pour les moteurs Diesel qui échappent une quantité importante de NOx. [0027] Le fluide d'actionnement peut être avantageusement de l'air comprimé. Les systèmes SCR sont en effet généralement utilisés sur des véhicules poids lourd qui disposent par ailleurs de sources d'air comprimé pour d'autres applications. Il est ainsi avantageux de prévoir que le fluide d'actionnement soit de l'air comprimé déjà disponible sur le véhicule. L'air comprimé permet de plus d'obtenir un dispositif d'injection 10 plus simple à concevoir d'un point de vue étanchéité. Le fluide d'actionnement peut être tout autre fluide émis par une source de pression du véhicule sur lequel le dispositif peut être embarqué, permettant ainsi une utilisation d'énergie déjà disponible sur véhicule.
[0028] Le réducteur peut être de l'ammoniac anhydre, de l'ammoniac en solution, ou de l'urée ou toute solution réductrice des NOx. L'urée présente l'avantage d'être le réducteur SCR le plus sur à stocker sur un véhicule automobile.
[0029] De préférence la source en fluide d'actionnement est à une pression comprise entre 300 et 2000 bar. Une telle pression du fluide d'actionnement permet d'améliorer drastiquement la pulvérisation du réducteur dans la ligne d'échappement 80 et autorise ainsi une très forte réduction de la distance de mélange entre le dispositif d'injection 10 et le catalyseur SCR 84.
[0030] La figure 2 montre un dispositif d'injection 10 de réducteur SCR. Le dispositif d'injection 10 comprend un nez d'injection 16, un piston 30 mobile dans une chambre d'injection 38. La chambre d'injection 38 est alimentée en réducteur par une alimentation 12 en réducteur. Le dispositif d'injection comprend en outre une source de fluide d'actionnement 14.
[0031 ] Dans la suite du document le piston 30 peut comprendre une tête, dans la chambre d'injection 38 illustrée figure 2, ainsi qu'une tige. Le piston 30 peut aussi comprendre une deuxième tête, reliée à la première tête par la tige. Cette deuxième tête est située dans la chambre de référence 34 illustrée figure 2. L'utilisation d'un piston 30 permet de ne faire porter la tenue thermique du dispositif que sur des pièces mécaniques au lieu de connecteurs électriques.
[0032] En référence à la figure 2, l'alimentation 12 comporte un clapet anti-retour 22. Ce clapet anti-retour 22 permet la mise sous pression du réducteur par l'actionnement du piston 30 tout en évitant le reflux du réducteur par l'alimentation 12. L'actionnement du piston par la source 14 est alors entièrement dédié à l'injection de réducteur par le nez d'injection. Un tel dispositif d'injection est alors plus efficace.
[0033] En référence à la figure 2, le nez d'injection 16 du dispositif d'injection 10 peut comporter un clapet 62 taré en pression. Le clapet 62 taré en pression permet ainsi une injection automatique du réducteur présent dans la chambre d'injection 38 dès que le réducteur a une pression supérieure à une pression de référence. On se passe alors d'un actuateur supplémentaire pour la commande du dispositif d'injection 10. De plus la pulvérisation, ou injection, du réducteur dans la ligne d'échappement 80 peut alors se faire à une pression prédéterminée permettant une grande répétitivité de la réduction catalytique sélective.
[0034] Le dispositif d'injection peut aussi comprendre une aiguille d'injecteur et un solénoïde de pilotage de l'aiguille d'injection (non représentés en figure 2). L'aiguille d'injection obstrue le nez d'injection 16 qui est alors dans une position où le nez d'injection 16 n'injecte pas de réducteur dans la ligne d'échappement 80. Le solénoïde de pilotage permet de "lever" l'aiguille, c'est-à-dire de libérer le nez d'injection 16 de l'aiguille afin de permettre l'injection du réducteur par le nez d'injection 16.
[0035] L'actionnement du piston 30 dans la chambre d'injection 38 permet d'augmenter la pression du réducteur indépendamment de la pression de référence du clapet 62 taré en pression compris dans le nez d'injection 16. On peut ainsi obtenir une pression d'injection supérieure à la pression de référence du clapet 62 taré en pression.
[0036] Un tel dispositif d'injection 10 comprenant une aiguille d'injecteur et son solénoïde de pilotage permet de contrôler précisément le moment où le réducteur est injecté par le nez d'injection 16. On peut choisir d'injecter le réducteur à un moment précis lors de la phase de fonctionnement du moteur 70 à combustion interne auquel peut être relié la ligne d'échappement 80.
[0037] L'aiguille d'injection permet en outre de s'affranchir du recours aux purges du dispositif d'injection 10 en réducteur. En effet le dispositif d'injection 10 peut, dans certaines circonstances, être purgé de réducteur. Par exemple lorsque la température extérieure du dispositif d'injection 10 est trop basse, le réducteur peut geler dans la chambre d'injection 38. Une purge peut être souhaitable. L'aiguille d'injection peut alors être conçue pour se lever en cas de surpression due par exemple à la solidification du réducteur.
[0038] De retour à la figure 2, on voit que le déplacement du piston 30 peut comporter un mouvement de la gauche vers la droite, référence 58, et de la droite vers la gauche, référence 54. [0039] Le mouvement de référence 58 correspond à un mouvement d'injection 58 de réducteur par le nez d'injection 16. En effet le mouvement 58 du piston entraîne une compression du réducteur présent dans la chambre d'injection 38. Le réducteur compressé est alors injecté, par exemple lorsqu'il atteint la pression de référence d'un clapet 62 taré en pression.
[0040] Le mouvement de référence 54 correspond à un mouvement d'aspiration 54 de réducteur de l'alimentation 12 vers la chambre d'injection 38. Ce mouvement d'aspiration 54 peut aussi être nommé pompage. Lors du mouvement du piston 30 selon le mouvement d'aspiration 54, le réducteur présent dans la chambre 38 est détendu et aspire le réducteur de l'alimentation en réducteur 12.
[0041 ] Le déplacement du piston 30 dans la chambre d'injection 38 peut en définitive comporter un mouvement d'injection 58 de réducteur par le nez d'injection 16 et un mouvement d'aspiration 54 de réducteur de l'alimentation 12 vers la chambre d'injection 38. [0042] Le dispositif d'injection 10 réalise ainsi les fonctions d'un injecteur/doseur. Le dispositif d'injection 10 est auto amorçant, i.e. il est possible de se passer d'une pompe entre un réservoir de réducteur SCR et le dispositif d'injection
[0043] Le dispositif d'injection 10 peut en outre comprendre un ressort 36. Le ressort 36 facilite l'entraînement du piston 30 selon le mouvement d'aspiration 54 précédemment défini. L'utilisation d'un ressort pour entraîner le mouvement d'aspiration 54 permet une réalisation simple et peu coûteuse d'un dispositif d'injection 10 auto amorçant.
[0044] En référence à la figure 2, le dispositif d'injection 10 peut comprendre une chambre 34 d'actionnement du piston 30. Le piston 30 mobile dans la chambre d'injection 38, par sa première tête, est alors aussi mobile dans la chambre d'actionnement 34, par sa deuxième tête. La chambre d'actionnement 34 transmet alors la pression ou l'énergie hydrostatique du fluide d'actionnement provenant de la source 14 au réducteur dans la chambre d'injection 38, par la tige entre les deux têtes du piston 30. L'énergie hydrostatique est l'énergie liée à la pression d'un fluide. [0045] On prévoit un premier commutateur pour mettre en relation la chambre d'actionnement 34 avec le fluide d'actionnement. Un tel commutateur a une position de commutation de la chambre d'actionnement 34 du piston 30 avec la source 14 de fluide d'actionnement. [0046] La chambre d'actionnement 34 peut alors être directement remplie par le fluide d'actionnement. Le fluide d'actionnement, possédant une certaine pression, déplace alors le piston 30 selon le mouvement d'injection 58 dans la chambre d'injection 38. Le remplissage de la chambre d'actionnement 34 directement avec le fluide d'actionnement permet d'obtenir une conception simplifiée et économique du dispositif d'injection 1 0.
[0047] La chambre d'actionnement 34 peut aussi être remplie d'un fluide intermédiaire. La position de commutation du premier commutateur de la chambre d'actionnement avec la source 14 de fluide d'actionnement permet de mettre en liaison hydrostatique le fluide d'actionnement avec fluide intermédiaire dans la chambre d'actionnement. La liaison hydrostatique transmet l'énergie hydrostatique du fluide d'actionnement au fluide intermédiaire. Le fluide intermédiaire dans la chambre d'actionnement 34 agit alors à son tour sur le piston en déplaçant le piston 30 selon le mouvement d'injection 58.
[0048] L'utilisation d'un fluide intermédiaire permet d'éviter le mélange des deux fluides. De plus, le fluide d'actionnement qui peut avoir d'autres fonctions lors de l'intégration du dispositif d'injection sur un véhicule. Il peut aussi s'agir d'un aspect relevant de la sécurité du dispositif. Ainsi dans le cas de l'utilisation d'un carburant comme fluide d'actionnement, on évite l'encrassement de la chambre d'actionnement avec le carburant et/ou la mise sous pression dans une chambre confinée d'un carburant inflammable.
[0049] Le premier commutateur peut être une première électrovanne 44 comme illustrée figure 2. L'utilisation d'une électrovanne 44 permet un pilotage facilité du dispositif d'injection 10, particulièrement du moment de l'injection de réducteur par le nez d'injection 1 2. L'électrovanne 44 permet en effet une grande précision de pilotage pour un coût et une conception simplifiée par rapport à une vanne mécanique. La réalisation du dispositif d'injection 1 0 tel que précédemment décrit permet de commander tout le dispositif à l'aide de la seule première électrovanne 44. [0050] Le dispositif d'injection 10 peut comprendre deux chambres d'actionnement (non représenté). Dans le mode de réalisation illustré figure 2, en imaginant la suppression de l'élément 36, les deux chambres d'actionnement correspondent au volume référencé 34 et au volume contenant l'élément 36. La chambre de gauche est une chambre d'actionnement du piston selon le mouvement d'injection 58 et la chambre de droite est une chambre d'actionnement du piston selon le mouvement d'aspiration 54. En effet en remplissant la chambre de gauche avec le fluide d'actionnement (ou en reliant hydrostatiquement un fluide intermédiaire avec le fluide d'actionnement), le piston 30 se déplace selon un mouvement d'injection 58 de réducteur. Dans le cas du remplissage de la chambre de droite avec le fluide d'actionnement (ou en reliant hydrostatiquement un fluide intermédiaire avec le fluide d'actionnement), le piston 30 se déplace selon un mouvement d'aspiration 54 de réducteur.
[0051 ] L'utilisation de deux chambres d'actionnement permet par exemple de se passer de ressort 36 tout en gardant un dispositif d'injection 10 auto amorçant efficace. De plus, la deuxième chambre d'actionnement permet de piloter l'aspiration, et donc d'accélérer notamment l'amorçage du système et d'augmenter la fiabilité du dosage de réducteur dans la chambre de d'injection 38.
[0052] Les deux chambres d'actionnement peuvent être liées hydrostatiquement à la source de fluide d'actionnement via des électrovannes respectives, ou tous autres commutateurs. Le dispositif d'injection 10 peut donc comprendre une première électrovanne. Cette première électrovanne a une position de commutation de la chambre d'actionnement du piston selon le mouvement d'injection 58 avec la source en fluide d'actionnement. Un tel dispositif d'injection 10 peut comprendre aussi une deuxième électrovanne. La deuxième électrovanne ayant une position de commutation de la chambre d'actionnement du piston selon le mouvement d'aspiration 54 avec la source en fluide d'actionnement.
[0053] Comme précédemment décrit, l'utilisation d'électrovannes permet un pilotage facilité du dispositif d'injection 10, particulièrement du moment de l'injection de réducteur par le nez d'injection 16. La précision de pilotage est alors grande pour un coût et une conception simplifiée par rapport à des vannes mécaniques. [0054] Le dispositif d'injection 10 peut en outre être relié à une évacuation 18 du fluide d'actionnement contenu dans la ou les différentes chambres d'actionnement. Ainsi dans le cas où la ou les chambres d'actionnement sont remplies via un commutateur, le commutateur peut avoir une position de commutation supplémentaire. Le commutateur peut toujours être une électrovanne. Cette position de commutation supplémentaire commute au moins une chambre d'actionnement avec une évacuation 18 du fluide d'actionnement de la chambre d'actionnement. Le déplacement du piston 30 selon le mouvement d'aspiration 54 est alors facilité. En effet l'évacuation 18 du fluide peut se faire relativement à basse pression par rapport à la pression de la source 14 de fluide d'actionnement. Le piston 30 dans son mouvement d'aspiration ne rencontre alors que peu de résistance mécanique.
[0055] L'utilisation d'une évacuation 18 du fluide d'actionnement permet en outre de pouvoir réutiliser le fluide d'actionnement, lorsque par exemple il possède d'autres fonctions dans le véhicule où le dispositif d'injection 10 est intégré. Particulièrement dans le cas où le fluide d'actionnement est du carburant, le carburant présent dans la chambre d'actionnement peut alors être évacué, par l'évacuation 18, dans le retour du circuit d'injection de carburant. Le carburant n'est alors pas perdu et peut être utilisé à nouveau, après compression, dans le rail haute pression d'un moteur 70.
[0056] Sur la figure 2 la taille du piston est identique entre la chambre d'injection 38 et la chambre d'actionnement 34. Il peut être préférable que la taille soit adaptée aux besoins d'injection, de pulvérisation, du réducteur. On peut en effet augmenter la pression de l'injection du réducteur en ajustant les paramètres dimensionnels du piston.
[0057] L'invention propose en outre une ligne d'échappement 80, illustré par la figure 1 . La ligne d'échappement 80 possède un dispositif d'injection 10 de réducteur tel que précédemment décrit. Le dispositif d'injection 10 permet alors d'injecter du réducteur
SCR dans la ligne d'échappement 80. Comme décrit précédemment l'injection de réducteur SCR fait partie d'une des étapes de fonctionnement d'un système SCR.
L'injection de réducteur SCR permet en effet de dépolluer en NOx les gaz d'échappement présents dans la ligne d'échappement 80. Le dispositif d'injection 10 permet une injection, ou pulvérisation, du réducteur SCR avec une plus forte pression.
Cette injection a plus forte pression du réducteur SCR dans la ligne d'échappement 80 aboutie en définitive à un meilleur mélange du réducteur dans les gaz d'échappement ou à une distance de mélange plus courte.
[0058] De plus une meilleure pulvérisation, ou injection, du réducteur dans la ligne d'échappement 80 limite les risques d'encrassement de la ligne. [0059] La ligne d'échappement 80 peut en outre comprendre un catalyseur 84 de réduction catalytique sélective, catalyseur SCR, illustré figure 1 . Ce catalyseur 84 permet de compléter le système SCR sur la ligne d'échappement 80. Le dispositif d'injection 10 permet une diminution de la distance de mélange entre le nez de l'injecteur 12 et le catalyseur 84 dans la ligne d'échappement. La distance le long de la ligne d'échappement 80 entre le nez d'injection 18 et le catalyseur 84 peut alors être inférieure à 250mm. Une telle distance inférieure à 250mm entraîne une meilleure compacité du système SCR sur la ligne d'échappement 80. Une telle compacité permet une intégration facilitée du système SCR sur des véhicules, particulièrement les véhicules légers comme les voitures particulières. [0060] L'invention propose en outre un véhicule comprenant un moteur 70, un rail haute pression 74 d'injection de carburant, par exemple de gazole, dans le moteur 70. Le véhicule comprend en outre une ligne d'échappement 80 telle que précédemment décrite. La source 74 de fluide d'actionnement du dispositif 10 d'injection de la ligne d'échappement 80 peut ainsi être une prise de pression du rail haute pression 74. La prise de pression du rail haute pression 74 permet d'éviter le recours à un fluide d'actionnement non nécessairement présent sur le véhicule. On utilise l'existant pour faire fonctionner le dispositif d'injection 10 sur le véhicule, limitant ainsi les surcoûts d'utilisation et d'installation du dispositif d'injection 10.
[0061 ] De plus le carburant du rail haute pression 74 peut avoir une pression comprise entre 300 et 2000bar. De telles pressions permettent une pulvérisation efficace du réducteur dans la ligne d'échappement 80 tout en recourant à une énergie déjà embarquée sur le véhicule.
[0062] Le véhicule peut comprendre en outre un compresseur d'air comprimé ou tout autre générateur d'air comprimé. Le fluide d'actionnement du dispositif 10 d'injection de la ligne d'échappement 80 peut alors être de l'air comprimé. L'utilisation d'air comprimé comme fluide d'actionnement est particulièrement avantageuse pour des véhicules embarquant déjà un générateur à air comprimé, particulièrement les véhicules poids lourds. On limite ainsi le recours à d'autre fluide d'actionnement, comme le carburant du rail haute pression d'injection.
[0063] La ligne d'échappement 80 du véhicule peut comprendre en outre des éléments de dépollution 82. Les éléments de dépollution 82 de la ligne d'échappement 80 sont avantageusement placés sous le turbocompresseur du moteur 70. Le placement sous le turbocompresseur du moteur 70 des éléments de dépollution 82, ainsi qu'éventuellement du dispositif d'injection 10, signifie que les différents organes de la ligne d'échappement 80 sont disposées dans un espace spatialement sous le moteur 70 et proche du moteur 70. Les différents liens entre le moteur 70 et la ligne d'échappement 80 ont ainsi une longueur réduite. La récupération de la haute pression du fluide d'actionnement provenant du rail est ainsi plus aisée. Il s'agit par exemple du turbo et du dispositif d'injection 10 tel que précédemment décrit. Une telle intégration des éléments de dépollution 82 permet de plus une plus grande compacité de tous ces éléments dans une même zone spatiale, facilitant leur maintenance et/ou remplacement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'injection (10) de réducteur pour une réduction catalytique sélective comprenant un piston mobile (30) dans une chambre d'injection (38) ; une alimentation (12) alimentant la chambre (38) en réducteur ; un nez d'injection (16) de réducteur en sortie de la chambre d'injection (38) ; caractérisé en ce que le dispositif (10) comprend en outre une source (14) en fluide d'actionnement du piston (30) et un clapet anti-retour monté sur l'alimentation (12).
2. Dispositif d'injection selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend une aiguille d'injecteur obstruant le nez d'injection (12) ; et éventuellement un solénoïde de pilotage de l'aiguille d'injection.
3. Dispositif d'injection selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le déplacement du piston (30) dans la chambre d'injection (38) comporte un mouvement d'injection (58) de réducteur par le nez d'injection (16) et un mouvement d'aspiration (54) de réducteur de l'alimentation (1 2) vers la chambre d'injection (38).
4. Dispositif d'injection selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ressort (36) entraînant le piston (30) selon le mouvement d'aspiration (54).
5. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une chambre d'actionnement (34) du piston (30) ; une première électrovanne (44), la première électrovanne (44) ayant une position de commutation de la chambre d'actionnement (34) du piston (30) avec la source (14) en fluide d'actionnement.
6. Dispositif d'injection selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une chambre d'actionnement du piston selon le mouvement d'injection (58) ; une chambre d'actionnement du piston selon le mouvement d'aspiration (54) ; une première électrovanne, la première électrovanne ayant une position de commutation de la chambre d'actionnement du piston selon le mouvement d'injection (58) avec la source en fluide d'actionnement ; et une deuxième électrovanne, la deuxième électrovanne ayant une position de commutation de la chambre d'actionnement du piston selon le mouvement d'aspiration (54) avec la source en fluide d'actionnement.
7. Dispositif d'injection la revendication 5 ou la revendication 6 caractérisé en ce qu'au moins une électrovanne (44) a en outre une position de commutation d'au moins une chambre d'actionnement (34) avec une évacuation (18) du fluide d'actionnement de la chambre d'actionnement (34).
8. Ensemble comprenant un moteur (70) et reliée en sortie de ce moteur (70), une ligne d'échappement comprenant un catalyseur (84) de réduction catalytique sélective et un dispositif (10) d'injection de réducteur dans la ligne (80) selon l'une des revendications 1 à 7.
9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que la distance le long de la ligne d'échappement (80) entre le nez d'injection (18) et le catalyseur (84) est inférieure à 250mm.
10. Ensemble selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce que le moteur (70) comprend en outre un rail haute pression (74) d'injection de carburant, la source (14) de fluide d'actionnement du dispositif (10) d'injection de la ligne d'échappement (80) étant une prise de pression du rail haute pression (74).
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