Brevet FR2926542A1 — publié le 20090724

Procédé pour le transfert d'un liquide au moyen d'une pompe La présente demande concerne un procédé pour le transfert d'un liquide d'un ter réservoir vers un 2'd réservoir au moyen d'une pompe. Elle concerne en particulier le transfert de solutions aqueuses d'urée. Avec l'entrée en vigueur en 2005 de la norme Euro IV sur les émissions à l'échappement pour les poids lourds, des dispositifs de dépollution des NOx (ou oxydes d'azote) ont dû être mis en place. Le système retenu par la plupart des constructeurs de poids lourds pour réduire les émissions de NOx à la valeur requise consiste généralement à réaliser une réaction de catalyse sélective avec des réducteurs tels que l'urée (�Urea SCR� ou Réduction Catalytique Sélective utilisant l'ammoniac généré in situ dans les gaz d'échappement par décomposition de l'urée). Pour ce faire, il est nécessaire d'équiper les véhicules d'un réservoir contenant une solution d'urée, ainsi que d'un dispositif pour doser la quantité d'urée à injecter dans la ligne d'échappement. Etant donné que la solution aqueuse d'urée généralement utilisée à cette fin (eutectique à 32.5 % en poids d'urée) gèle à -11°C, il est nécessaire de prévoir un dispositif de chauffage pour liquéfier la solution afin de pouvoir l'injecter dans la ligne d'échappement en cas de démarrage dans des conditions de gel. En vue d'augmenter l'autonomie des véhicules, et compte tenu de l'encombrement/architecture des véhicules, il est parfois souhaité de disposer d'au moins deux réservoirs pour stocker la solution d'urée. En vue d'éviter les problèmes de gel, de limiter les coûts du système ainsi que la puissance consommée, il est en outre connu de ne chauffer qu'un seul des deux réservoirs. Des systèmes d'urée avec deux réservoirs ont déjà été proposés. Ainsi, le brevet US 5,884,475 décrit le recours à 2 réservoirs d'urée en série : un principal (de stockage) et un secondaire (de petit volume) qui est chauffé et qui sert pour le démarrage en cas de gel. Une pompe principale d'alimentation en urée aspire la solution d'urée dans le réservoir secondaire. Le brevet US `475 ne décrit pas comment sont gérées les situations dans lesquelles le réservoir secondaire ne peut pas être alimenté en solution d'urée à partir du réservoir de stockage car celui-ci ne contient plus suffisamment d'urée ou car l'urée contenue dans le réservoir de stockage est gelée et ne peut pas être transférée d'un réservoir à -2 l'autre. Or si le réservoir secondaire ne peut pas être alimenté en solution d'urée de manière à contenir une quantité suffisante de solution à injecter dans la ligne d'échappement, il y a risque que la pompe principale fonctionne à vide (ce qui pourrait l'endommager) et que le système ne soit pas alimenté en additif. En outre, il est également connu de l'art antérieur des procédés de transfert d'urée d'un réservoir de stockage vers un réservoir secondaire au moyen d'une pompe qui est maintenue en activité tout au long du procédé et quelles que soient les conditions de fonctionnement, en particulier lorsque l'urée gèle ou lorsque le réservoir de stockage ne contient pas d'urée pour alimenter le réservoir secondaire. De tels procédés peuvent être la cause d'un endommagement de la pompe de transfert. La présente invention vise à résoudre ces problèmes en fournissant un procédé de transfert de la solution du réservoir de stockage vers le réservoir secondaire au moyen d'une pompe de transfert activée uniquement lorsque les conditions de fonctionnement (en particulier la température extérieur aux réservoirs) permettent de faire face au problème de gel même en ne chauffant qu'un seul de ces réservoirs et au problème de disponibilité insuffisante d'urée dans le réservoir de stockage pour alimenter le réservoir secondaire. A cet effet, la présente demande concerne un procédé pour le transfert d'un liquide d'un réservoir (1) pour le stockage du liquide vers un réservoir actif (2) au moyen d'une pompe destinée à pomper le liquide contenu dans le réservoir (1) et à le transférer dans le réservoir actif (2) selon lequel on commande la pompe de manière à transférer du liquide du réservoir (1) vers le réservoir actif (2) lorsque le réservoir (1) contient du liquide à une température supérieure à la température de gel du liquide. Un tel procédé permet de faire en sorte que de la solution ne soit prélevée dans le réservoir (1) que lorsque le réservoir actif (2) est fonctionnel (par exemple parce que non vide ou non gelé). En outre, avec un tel procédé, il suffit d'équiper le réservoir (2) d'un dispositif de chauffage pour disposer d'un procédé efficace en cas de gel. De préférence, le procédé comprend les étapes suivantes : 1. on mesure la température Text à l'extérieur des 2 réservoirs (1) (2) et on la compare avec une température de consigne Tl ; 2. on mesure le niveau de liquide L2 dans le réservoir (2) et on le compare avec un niveau de consigne L; -3 3. si Text > Tl, si L2 Selon une autre variante particulière de ce mode de réalisation, on commande la pompe lorsque le réservoir (1) contient du liquide qui n'est pas gelé et le niveau de liquide L2 dans le réservoir (2) est inférieur à un niveau bas Lbas avec Lbas formique et un marché moins disponible (alors que l'urée est largement utilisée et facilement disponible même dans des domaines tels que l'agriculture). La présente invention est particulièrement intéressante dans le cadre des solutions eutectiques eau/urée. Selon l'invention, le liquide est contenu dans des réservoirs (1) et (2) qui peuvent être en une matière quelconque, de préférence ayant une bonne résistance chimique au liquide en question. Il s'agit en général de métal ou de matière plastique. Les polyoléfines, en particulier le polyéthylène (et plus particulièrement, le PEHD ou polyéthylène haute densité), constituent des matériaux préférés en particulier dans le cas où le liquide est de l'urée. Ces réservoirs peuvent être réalisés par tous les procédés de transformation connus dans le cas de corps creux. Un mode de mise en oeuvre préféré, en particulier lorsque les réservoirs sont en matière plastique, et en particulier, le PEHD, est le procédé d'extrusion-soufflage. Dans celui-ci, une paraison (en une ou plusieurs parties) est obtenue par extrusion, et elle est ensuite mise en forme par soufflage dans un moule. Le moulage du réservoir d'un seul tenant à partir d'une seule paraison donne de bons résultats. De préférence, le réservoir actif (2) est muni d'un élément chauffant. La pompe à laquelle s'applique l'invention est une pompe de n'importe quel type connu de préférence entraînée par un moteur et dont le fonctionnement est géré par un contrôleur. De préférence, la pompe est du type pompe à engrenages, pompe à turbine ou pompe à membrane. Dans le cas d'une pompe à engrenages, elle comprend en général un stator et un rotor. Tout type de moteur électrique rotatif peut convenir. De préférence, le moteur est du type moteur à courant continu sans balais (�brushless direct current� ou BLDC). Dans le cas d'une pompe à engrenages, l'entraînement de la pompe est réalisé par un couplage magnétique entre le rotor de la pompe et un axe d'entraînement du moteur. Le contrôleur de cette pompe est une unité de commande (comprenant généralement un régulateur PID et un contrôleur de la vitesse de rotation du moteur) et d'alimentation électrique qui fournit de préférence au moteur, la puissance nécessaire pour le faire tourner à la vitesse souhaitée. De manière tout particulièrement préférée, une unité de commande électronique (ECM ou Electronic Control Module) envoie au contrôleur de la pompe, un signal de commande de type PWM (�Pulse Width Modulation�) ayant un rapport cyclique variable en fonction des conditions de fonctionnement -5 souhaitées pour la pompe et selon laquelle le contrôleur agit sur le moteur pour appliquer lesdites conditions de fonctionnement à la pompe. Cette variante préférée fait l'objet de la demande FR 0700358 au nom de la demanderesse et dont l'objet est incorporé par référence dans la présente demande. Selon une variante également préférée, l'unité de commande électronique envoie au contrôleur de la pompe un signal de type ON/OFF de manière à démarrer ou à arrêter le fonctionnement de la pompe. De manière avantageuse, une pompe d'alimentation destinée à pomper du liquide dans le réservoir (2) est intégrée à une embase immergée dans le réservoir (2). La pompe d'alimentation est une pompe de n'importe quel type connu de préférence entraînée par un moteur et dont le fonctionnement est géré par un contrôleur. De préférence, la pompe est du type pompe à engrenages ou pompe à membrane. Dans le cas d'une pompe à engrenages, elle comprend en général un stator et un rotor et peut de préférence fonctionner selon deux sens de rotation opposés, l'un correspondant en général à l'alimentation en liquide d'une ligne d'alimentation et l'autre correspondant à une purge de la ligne d'alimentation. Le réservoir (2) est avantageusement muni d'une embase ou platine (c.à.d. un support ayant substantiellement la forme d'une plaque) sur laquelle au moins un accessoire actif du système de stockage et/ou du système d'injection d'urée est fixé. Cette embase présente généralement un périmètre refermé sur lui-même, de forme quelconque. Le plus souvent, son périmètre a une forme circulaire. De manière tout particulièrement préférée, cette embase est une platine immergée, c.à.d. obturant une ouverture dans la paroi inférieure du réservoir (2). Par �paroi inférieure�, on entend en fait désigner la moitié inférieure du réservoir (2) (qu'il soit ou non moulé d'un seul tenant ou à partir de deux feuilles ou découpes de paraison). De préférence, l'embase est située dans le tiers inférieur du réservoir (2, et de manière tout particulièrement préférée, dans le quart inférieur, voire carrément dans le fond de celui-ci. Elle peut être en partie sur la paroi inférieure latérale, auquel cas elle est légèrement en oblique une fois montée dans le véhicule. L'emplacement et/ou la direction de l'embase dépend notamment de l'emplacement du réservoir (2) dans le véhicule, et de l'encombrement autour de celui-ci (compte tenu des composants à y intégrer). Cette embase intègre donc au moins un composant actif en stockage et/ou injection. On entend par là que le composant est fixé sur ou réalisé d'une pièce -6 avec l'embase. Ce composant peut être intégré en interne au réservoir (2) ou en externe avec, le cas échéant, une connexion (pipette) passant au travers de celle-ci. De manière préférée, l'embase selon cette variante de l'invention intègre plusieurs composants actifs en stockage et/ou dosage et de manière tout particulièrement préférée, elle intègre tous les composants actifs qui sont amenés à être en contact avec l'additif liquide se trouvant dans, partant de ou arrivant dans le réservoir (2). De préférence, le composant est choisi parmi les éléments suivants : une pompe; un filtre; une jauge de niveau; un capteur de température; un senseur de qualité; un capteur de pression; un régulateur de pression. Il est avantageux que la pompe d'alimentation soit intégrée à une telle embase et que celle-ci intègre en outre d'autres composants actifs (et de préférence, tous les composants actifs) tels que définis ci-dessus. De préférence, l'embase intègre également au moins un élément chauffant et de manière tout particulièrement préférée, cet élément chauffant comprend au moins une partie flexible (comme décrit dans la demande FR 0755118 au nom de la demanderesse et dont le contenu est incorporé par référence dans la présente demande) qui est de préférence un réchauffeur flexible c.à.d. un réchauffeur comprenant une ou plusieurs piste(s) résistive(s) apposée(s) sur un film ou disposée(s) entre deux films (c.à.d. deux supports substantiellement plats et dont le matériau et l'épaisseur sont telles qu'ils sont flexibles). Ce film est de préférence en matière plastique (bien que tout autre matériau isolant puisse convenir) et en particulier, à base d'élastomère. De manière tout particulièrement préférée, ce réchauffeur flexible comprend une ou plusieurs piste(s) résistive(s) en acier inoxydable prise(s) en sandwich entre deux films de résine silicone dont l'une est recouverte d'une trame de fibres de verre. De préférence, l'élément chauffant s'étend à l'intérieur du réservoir (2) et est donc immergé (partiellement ou totalement) dans le liquide lorsque le réservoir (2) est rempli. De manière tout particulièrement préférée, l'élément chauffant consiste essentiellement en un réchauffeur flexible. De préférence, il y a également un élément chauffant (fil ou réchauffeur flexible) présent autour de la ligne d'alimentation en urée jusqu'à l'injecteur et autour d'une ligne de retour, le cas échéant. En effet, dans une variante préférée de l'invention, la pompe dose à dessein une quantité (pression) trop élevée de liquide dont l'excès est retourné au réservoir (2) par exemple à l'aide d'une ligne munie d'un clapet taré. Lorsque l'urée est injectée dans les gaz d'échappement d'un moteur, cette -7 variante permet de refroidir l'injecteur mais il convient toutefois de noter que les lignes sans retour sont plus avantageuses économiquement parlant. De préférence, l'élément chauffant ces lignes est également un réchauffeur flexible. Dans une variante avantageuse de l'invention, la ligne d'alimentation est purgée après chaque utilisation de la pompe d'alimentation (juste avant sa mise à l'arrêt) afin de diminuer le temps de démarrage du système et d'éviter d'endommager prématurément les lignes (car les solutions d'urée se dilatent quand il gèle). Quand la pompe d'alimentation est du type à engrenages, la purge peut se faire par exemple en inversant le sens de rotation de la pompe d'alimentation juste le temps nécessaire pour ramener le liquide contenu dans la ligne d'alimentation vers le réservoir (2). Quant à la ligne de retour, si présente, elle a généralement un volume relativement faible et donc, si elle est chauffée, elle ne doit pas être purgée lors de l'arrêt de la pompe d'alimentation. Dès lors, pour éviter que le liquide ne tourne en rond dans la boucle déterminée par ligne d'alimentation et la ligne de retour lors de la purge si celle-ci est réalisée en inversant le sens de rotation de la pompe d'alimentation, il est avantageux de munir la ligne de retour d'un clapet anti-retour. La présente invention peut être illustrée de manière non limitative au moyen d'une liste de scénarios qui décrivent différents cas de figure qui sont susceptibles d'être traités au cours d'un procédé pour le transfert d'un liquide d'un réservoir (1) pour le stockage du liquide vers un réservoir actif (2) au moyen d'une pompe destinée à pomper le liquide contenu dans le réservoir (1) et à le transférer dans le réservoir (2). Dans ce contexte, le procédé est appliqué à un système SCR d'alimentation en urée des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, du type diesel. Le système SCR est équipé de capteurs susceptibles de fournir des informations nécessaires au procédé selon l'invention. Le système est notamment équipé d'un capteur de niveau pour le réservoir actif (2), une sonde de température pour le réservoir actif (2), une sonde de température susceptible de fournir la température Text à l'extérieur des 2 réservoirs (1) et (2), un élément chauffant qui équipe le réservoir (2) et une unité de commande électronique (ECM ou Electronic Control Module) qui envoie à un contrôleur de la pompe, un signal de commande de type PWM ayant un rapport cyclique variable en fonction des conditions de fonctionnement. - 8 Selon cet exemple, le réservoir (1) n'est pas équipé d'un élément chauffant, ni d'une sonde de température. Le capteur de niveau dans le réservoir (2) fournit une indication du niveau de liquide dans le réservoir (2) de manière discontinue. Ainsi par exemple, le capteur peut être du type à flotteur et fournir 3 indications de niveau : un niveau haut Lhaut, un niveau intermédiaire Lint et un niveau bas Lbas avec Lbas Les situations ci-dessus peuvent en outre être permanentes ou transitoires selon les cas de figure illustrés. On entend désigner par � permanente � une situation pour laquelle la valeur mesurée de la température Text est comprise dans une des 3 plages de température décrites ci-dessus pendant un intervalle de temps Dt donné. On entend désigner par � transitoire � une situation où les valeurs mesurées de Text pendant l'intervalle de temps Dt ne sont pas toutes comprises dans une seule des plages décrites ci-dessous. Une situation transitoire peut par exemple correspondre à un mode de roulage en mode mi-saison suivi d'un passage en mode hiver, ce qui a lieu typiquement lors d'une montée en altitude avec un véhicule, ou lors d'une entrée dans un parking souterrain ou encore lors d'un passage de conditions de température pendant la nuit à des conditions de température pendant le jour. Comme évoqué plus haut, plusieurs scénarios peuvent être envisagés. Les cas de figures suivants sont par exemple envisagés pour les situations permanentes : 1. roulage en mode été ou mi-saison avec du liquide dans le réservoir (1) : dans ce cas, si le niveau de liquide dans le réservoir (2) est inférieur au niveau haut, -9 la pompe de transfert est commandée de manière à pomper du liquide dans le réservoir (1) et à le transférer vers le réservoir (2) de sorte à ce que le niveau de liquide dans le réservoir (2) soit supérieur ou égal au niveau haut; 2. roulage en mode été ou mi-saison sans liquide disponible dans le réservoir (1) : si le niveau de liquide dans le réservoir (2) correspond au niveau intermédiaire ou bas, la pompe de transfert est commandée de manière à pomper du liquide dans le réservoir (1) et à le transférer vers le réservoir (2). Le niveau de liquide dans le réservoir (2) est ensuite remesuré et s'il n'est pas supérieur ou égal au niveau haut, la pompe est à nouveau commandée de manière à pomper du liquide dans le réservoir (1) et à le transférer vers le réservoir (2). Si, après un nombre donné d'essais (par exemple 3), le niveau dans le réservoir (2) n'est pas supérieur ou égal au niveau haut, une indication du type � liquide non disponible dans le réservoir (1) � est fournie ; 3. démarrage en mode été ou mi-saison avec du liquide dans le réservoir (1) : même cas de figure que le cas 1 ; 4. démarrage en mode été ou mi-saison sans liquide disponible dans le réservoir (1) : même cas de figure que le cas 2 ; 5. roulage en mode hiver avec du liquide dans le réservoir (1) : dans ce cas, le procédé comprend une étape où cours de laquelle on vérifie que la situation � hiver � est permanente. Si c'est le cas, l'élément de chauffage est activé et aucun transfert de liquide n'a lieu du réservoir (1) vers le réservoir (2) ; 6. roulage en mode hiver sans liquide disponible dans le réservoir (1) : même cas de figure que le cas précédent ; 7. démarrage en mode hiver avec du liquide dans le réservoir (1) : même cas de figure que le cas 5 et l'élément chauffant peut être désactivé car il est piloté par la valeur de la température dans le réservoir (2) (il s'agit par exemple d'un démarrage après un arrêt du véhicule de courte durée) ; 8. démarrage en mode hiver sans liquide disponible dans le réservoir (1) : même cas que le cas précédent. En ce qui concerne les situations transitoires selon le même premier mode de réalisation, les cas de figures suivants sont envisagés : 1. roulage en mode mi-saison et passage en mode hiver : dans ce cas, Text est inférieure à Tl, le procédé comprend une étape au cours de laquelle on vérifie si la situation � hiver � existe depuis un intervalle de temps inférieur à une constante de temps correspondant au passage liquide vers solide du liquide dans le réservoir (1). Dans ce cas, la pompe n'est commandé pour effectuer - 10 - un transfert du réservoir (1) vers le réservoir (2) que si le niveau dans le réservoir (2) est inférieur au niveau haut ; 2. roulage en mode hiver et passage en mode mi-saison : dans ce cas, T1 Scénario 1 : permet de limiter au maximum le fonctionnement de la pompe. mode Transfert de liquide Arrêt du transfert été niveau bas Haut mi-saison intermediaire ou bas haut + volume V1 hivers pas de transfert pas de transfert Scénario 2 : scenario pour lequel on choisit de fonctionner en zone 1 uniquement en mi-saison. mode Transfert de liquide Arrêt du transfert été intermediaire ou bas haut + volume V1 mi-saison intermediaire ou bas haut + volume V2 hivers pas de transfert pas de transfert La figure annexée représente une courbe d'évolution du débordement de liquide du réservoir (1) vers le réservoir (2) dans le cas où il n'y a pas transfert de liquide du réservoir (1) vers le réservoir (2) au moyen de la pompe. Les volumes V1 et V2 correspondent à des volumes de sécurité qui sont transférés au moyen de la pompe de manière à disposer d'un niveau de liquide dans le réservoir (2) supérieur au niveau de consigne (haut ou bas) avec une marge suffisante pour éviter d'activer la pompe trop fréquemment, c.à.d. lorsque le niveau de liquide est inférieur trop fréquemment. Dans la figure, sont également repris des exemples de débit de transfert de la pompe on observe une rupture de pente, et de débit de la pompe, entre une zone 1 et une zone 2. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le transfert d'un liquide d'un réservoir (1) pour le stockage du liquide vers un réservoir actif (2) au moyen d'une pompe destinée à pomper le liquide contenu dans le réservoir (1) et à le transférer dans le réservoir actif (2) selon lequel on commande la pompe de manière à transférer du liquide du réservoir (1) vers le réservoir actif (2) lorsque le réservoir (1) contient du liquide à une température supérieure à la température de gel du liquide. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant les étapes suivantes : 1. on mesure la température Text à l'extérieur des 2 réservoirs (1)(2) et on la compare avec une température de consigne Tl ; 2. on mesure le niveau de liquide L2 dans le réservoir (2) et on le compare avec un niveau de consigne L; 3. si Text > Tl, si L2 4. on reprend le procédé à l'étape 1. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide est une solution aqueuse d'urée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir (2) est muni d'un élément chauffant. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, selon lequel la pompe est entraînée par un moteur et est gérée par un contrôleur, et dans lequel une unité de commande électronique (ECM ou Electronic Control Module) envoie au contrôleur, un signal de commande de type PWM (�Pulse Width Modulation�) ayant un rapport cyclique variable en fonction des conditions de fonctionnement souhaitées pour la pompe, le contrôleur agissant sur le moteur pour appliquer lesdites conditions de fonctionnement à la pompe.- 13 - 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, selon lequel une pompe d'alimentation destinée à pomper du liquide dans le réservoir actif (2) est intégrée à une embase immergée dans le réservoir (2) qui intègre également d'autres composants actifs du réservoir (2). 7. Procédé selon la revendication précédente, selon lequel l'embase intègre un élément chauffant. 8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel une ligne d'alimentation en liquide part du réservoir (2) et une ligne de retour de liquide arrive au réservoir (2) et dans lequel ces lignes sont également munies d'un élément chauffant.