Brevet FR2954403A1 — publié le 20110624

La présente invention concerne le domaine des lignes d'échappement de véhicules automobiles. Plus précisément, la présente invention concerne un dispositif de traitement d'oxyde d'azote par réduction catalytique à l'aide d'additifs aqueux, par exemple une solution d"urée, injectés dans ou en amont d'un catalyseur. On a déjà proposé depuis de nombreuses années de tels dispositifs de traitement, tels que schématisé sur la figure 1 annexée. On aperçoit sur cette figure 1 un dispositif qui comprend : - une ligne d'échappement 1 comprenant un catalyseur 2, - un réservoir 3 d'additif, par exemple une solution d'urée, et - un module 10 destiné à prélever de l'additif dans le réservoir 3 pour l'injecter dans la ligne d'échappement 1 par une ligne d'alimentation 11 et un injecteur 12. Les dispositifs du type illustré sur la figure 1 ont déjà rendu de grands services. A température élevée, l'urée se décompose en ammoniaque et en gaz carbonique. L'ammoniaque réagit à son tour avec les oxydes d'azote pour former de l'azote et de l'eau. Cependant, ils ne donnent pas toujours totalement satisfaction. En particulier, les dispositifs connus sont souvent sujets à des disfonctionnements à très basse température, notamment lorsque les dispositifs d'injection de solution d'urée sont équipés d'un régulateur de pression. La présente invention a pour but de perfectionner les dispositifs connus afin de supprimer les disfonctionnement ainsi constatés. Ce but est atteint selon la présente invention, grâce à un dispositif d'injection d'additif aqueux dans une ligne d'échappement de véhicule automobile, du type comprenant un réservoir d'additif et un module de pompage pour prélever de l'additif et le diriger vers la ligne d'échappement, caractérisé par le fait que le module de pompage comprend une pompe électrique rotative et qu'il comprend une pièce thermiquement conductrice en contact avec le carter de la pompe et la sortie d'un régulateur de pression pour transférer des calories vers ladite sortie du régulateur de pression. Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, la pièce en contact avec le carter de la pompe et la sortie du régulateur de pression pour transférer des calories vers ladite sortie du régulateur de pression est une pièce thermiquement conductrice. L'homme de l'art comprendra que la structure proposée dans le cadre de la présente invention permet de réchauffer la sortie du régulateur de pression et ainsi supprimer les disfonctionnements dus au gel de l'additif aqueux en sortie du régulateur de pression, que le déposant a identifié comme l'une des sources les plus importantes de disfonctionnement. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 précédemment décrite représente schématiquement une installation conforme à l'état de la technique conçue pour l'injection d'une solution d'urée dans une ligne d'échappement de véhicule automobile, - la figure 2 représente schématiquement un module d'injection d'additifs conforme à la présente invention, - la figure 3 représente schématiquement un module d'injection d'additifs conforme à une variante de la présente invention, et - la figure 4 représente schématiquement un module d'injection d'additifs conforme à une autre variante de la présente invention. On aperçoit sur la figure 2 annexée, un module 100 conforme à la présente invention comprenant une embase 110 destinée à être fixée sur la paroi supérieure d'un réservoir d'additif et qui porte, d'une part une pompe électrique rotative 120, d'autre part un régulateur de pression 150. La pompe électrique rotative 120 et le régulateur de pression 150 peuvent faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation connues de l'homme de l'art. Ils ne seront donc pas décrits dans le détail par la suite. De préférence cependant, dans le cadre de la présente invention, la pompe électrique rotative 120 est une pompe composée de deux parties séparées : une partie de commande électrique 122 et une partie mécanique de pompage 130. La partie de commande électrique 122 comprend de préférence un stator externe bobiné 123 adapté pour générer lors d'une alimentation électrique adéquate un champ électrique tournant permettant de mettre en rotation un rotor lié à un arbre 125. La partie de commande électrique 122 et la partie mécanique de pompage 130 sont séparées de préférence par une cloison étanche 140. L'utilisation d'une pompe électrique comprenant deux compartiments, l'un de commande électrique, l'autre mécanique de pompage, séparés par une cloison étanche 140 permet d'éviter les fuites éventuelles d'additifs vers le bobinage électrique. La transmission du mouvement de rotation entre le rotor de la partie électrique de commande 122 et un élément en regard de la partie mécanique de pompage 130, est opérée grâce à des aimants permanents ou tous moyens équivalents, l'un 126 solidaire de l'arbre 125 du côté de la paroi 140 située dans la chambre logeant la partie électrique de commande 122 et l'autre 136 située en regard, de l'autre côté de la paroi étanche 140, dans la chambre logeant la partie mécanique de pompage 130. La partie mécanique de pompage 130 peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Il s'agit de préférence d'un système à engrenages dont l'arbre d'entrée est monté à rotation autour d'un axe O-O aligné sur l'axe du rotor 125. La pompe électrique 120 est de préférence une pompe sans balai. Le régulateur 150 comprend de préférence, comme illustré sur la figure 3, un boîtier 152 divisé en deux chambres 153, 155 par une membrane 156. Une première chambre 155 communique avec la sortie 131 de la partie mécanique de pompage 130, par tout moyen approprié, par exemple par l'intermédiaire d'une ligne tubulaire 142. La deuxième chambre 153 du régulateur de pression 150 loge un ressort 154 taré qui sollicite ladite membrane 156 contre un clapet 157 situé dans la première chambre 155 dont la sortie communique avec un conduit 160 formant retour d'additifs, qui débouche dans le fond du réservoir recevant le module 100. Tant que la pression débitée par la sortie de la pompe 120 est inférieure à l'effort appliqué sur la membrane 156 par le ressort taré 154, la membrane 156 est appliquée contre le clapet 157 et aucun additif n'est délivré par le conduit de sortie 160. Au contraire, lorsque la pression de sortie de la partie mécanique de pompage 130 dépasse l'effort de tarage du ressort 154, la membrane 156 est décollée du clapet 157. En conséquence, le surplus de pression d'additifs débité par la pompe 100 est renvoyé dans le réservoir d'additifs par l'intermédiaire du conduit 160. Comme on l'a indiqué précédemment, selon une caractéristique essentielle de l'invention, le module comprend en outre une pièce 170 thermiquement conductrice en contact avec le carter de la pompe, plus précisément la partie de carter entourant le module de commande électrique 122 et, en contact d'autre part avec la sortie du régulateur de pression 150. La pièce 170 permet ainsi de transférer des calories à partir de la partie électrique de commande 122 vers la sortie du régulateur de pression 150. La pièce 170 permet ainsi de réchauffer et faire fondre si nécessaire toute masse d'additifs susceptible de venir obstruer la sortie du régulateur de pression à basse température. La pièce métallique 170 thermiquement conductrice est de préférence réalisée en laiton ou acier inoxydable. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, il est prévu de préférence des moyens de temporisation adaptés pour alimenter, dans une phase initiale, et pendant une période déterminée, par exemple mais non limitativement de l'ordre de 20mn, le module de commande électrique 122 dans un état tel qu'il ne génère pas un champ tournant susceptible d'entraîner la partie mécanique de pompage 130 à rotation, mais se comporte comme un bobinage électriquement résistif apte à dégager par effet Joule des calories permettant de réchauffer, par l'intermédiaire de la pièce métallique 170, le régulateur de pression 150. Le dispositif temporisé assurant une commande de l'alimentation électrique du moteur au démarrage du véhicule afin de chauffer le bobinage sans faire tourner la pompe est commandé par une mesure de la température de la solution d'urée qui n'assure cette commande que lorsque la valeur est proche de la température de solidification de la solution d'urée. Plus précisément encore, selon le mode de réalisation particulier non limitatif représenté sur la figure 2, la pièce métallique 170 est une pièce tubulaire centrée sur l'axe O-O de la pompe 120 et en contact sur une partie de sa hauteur, au moins au niveau de la partie électrique de commande 122, avec le boîtier de la pompe 120. On notera à l'examen de la figure 2 annexée, que la pièce métallique 170 peut n'être en contact avec le boîtier du régulateur de pression 150 et/ou le carter de pompe, que sur une partie de sa hauteur seulement. Il existe en effet, un espace 171 entre le tube 170 et le boîtier du régulateur de pression, pour autoriser une libre dilatation thermique. En variante, le tube métallique 170 est fendu pour assurer le maintien du contact du tube 170 sur le corps de pompe 120 et permettre de compenser les jeux dus à la dilatation thermique. Selon encore une autre variante de réalisation conforme à la présente invention, la pièce thermiquement conductrice 170 est un tube de forme multilobée afin d'assurer un bon contact thermique avec le carter de la partie moteur de la pompe tout en autorisant une libre dilatation et une libre déformation de cette pièce 170. L'utilisation d'une telle pièce métallique thermiquement conductrice 170 en contact avec le boîtier de la pompe 120, permet par ailleurs, lorsque cela est nécessaire, de refroidir la partie électrique de commande 122. L'on notera à cet égard que la partie inférieure de la pièce tubulaire métallique 170 est également en contact avec la partie de boîtier entourant la partie mécanique de pompage 130 au niveau d'un collet interne 172. Selon un mode de réalisation particulier non limitatif conforme à la présente invention, la pièce métallique 170 thermiquement conductrice permettant de réchauffer la sortie du régulateur de pression 150 est formée par surmoulage de l'embase 110 en matière plastique sur ladite pièce 170. Un tel mode de réalisation permet une réalisation à bas coût de l'ensemble du module. On a représenté sur la figure 3 une variante de réalisation, selon laquelle le conduit de sortie 160 du régulateur de pression 150 est directement en contact avec le carter de la pompe 120. On a représenté sur la figure 4 une autre variante de réalisation, selon laquelle le conduit de sortie 160 du régulateur de pression 150 est formé d'un embout en matière plastique 162 venu de matière avec l'embase 110 et qui possède un insert tubulaire thermiquement conducteur 164, par exemple métallique. L'embout 162 possède une faible épaisseur pour ne pas faire barrage à un transfert thermique. Il est en contact avec une pièce métallique 170 qui est elle-même en contact avec le boîtier du moteur de pompe 122. De préférence comme on le voit sur la figure 4, l'insert 164 est par ailleurs en contact avec un tube métallique 166 vertical qui prolonge l'embout 162 et qui est lié à la partie haute 202 d'un réchauffeur 200 associé à une crépine d'aspiration 210 placée en entrée de la pompe 120. Ce réchauffeur 200 et cette crépine 210 font l'objet d'une autre demande de brevet déposée en parallèle par la Demanderesse. Ils ne seront donc pas décrits dans le détail par la suite. L'homme de l'art comprendra que le tube 166 lié au réchauffeur permet de renforcer le réchauffement de la sortie du régulateur de pression 150 lorsque cela est nécessaire. La présente invention permet de résoudre les difficultés rencontrées selon l'état de la technique, y compris pour des modules dans lesquels le régulateur de pression n'est pas purgé. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. La présente invention en particulier n'est pas limitée à l'utilisation de solutions d'urée, mais s'applique à l'utilisation de tous additifs aqueux permettant par réduction catalytique de transformer les oxydes d'azote. REVENDICATIONS1. Dispositif d'injection d'additifs aqueux dans une ligne d'échappement de véhicule automobile du type comprenant un réservoir d'additif et un module de pompage pour prélever de l'additif et le diriger vers la ligne d'échappement, caractérisé par le fait que le module de pompage comprend une pompe électrique rotative (120) et qu'il comprend une pièce (170) en contact avec le carter de la pompe (120) et la sortie d'un régulateur de pression (150) pour transférer des calories vers ladite sortie du régulateur de pression (150). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la pièce (170) en contact avec le carter de la pompe (120) et la sortie du régulateur de pression (150) pour transférer des calories vers ladite sortie du régulateur de pression (150) est une pièce thermiquement conductrice. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la pièce thermiquement conductrice (170) est en contact avec la partie de carter de pompe (120) entourant une partie électrique de commande (122). 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que la pièce thermiquement conductrice (170) est un tube fendu suivant sa génératrice. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que la pièce thermiquement conductrice (170) est un tube de forme multilobée. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le conduit de sortie (160) du régulateur de pression (150) est formé d'un embout en matière plastique (162) en contact avec la pièce (170) assurant le transfert de calories à partir du carter de pompe (120). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le conduit de sortie (160) du régulateur de pression (150) est venu de matière avec l'embase (110). 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que le conduit de sortie (160) du régulateur de pression (150) possède un insert tubulaire thermiquement conducteur (164). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le conduit de sortie (160) du régulateur de pression (150) est en contact avec un tube métallique (166) vertical qui est lié à la partie haute (202) d'un réchauffeur (200) associé à une crépine d'aspiration (210) placée en entrée de la pompe (120). 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que l'additif est une solution d'urée. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la pompe est une pompe en deux parties comprenant une partie électrique de commande et une partie mécanique de pompage couplées magnétiquement. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que la pompe (120) comprend une partie électrique de commande (122) à stator externe apte à générer un champ tournant. 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que la pièce thermiquement conductrice (170) est en laiton. 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que la pièce thermiquement conductrice est en contact avec la partie mécanique de pompage de la pompe (130). 15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens temporisés adaptés pour assurer une commande de l'alimentation électrique du moteur au démarrage du véhicule afin de chauffer le bobinage du moteur (120) sans assurer de rotation de la pompe lorsque la température mesurée de l'additif indique une valeur proche de la température de solidification.30