Brevet FR2967723A1 — publié le 20120525

Réservoir de stockage pour additif de gaz d'échappement d'un moteur La présente demande concerne un réservoir de stockage pour additif de gaz d'échappement d'un moteur. Les législations sur les émissions des véhicules et poids lourds prévoient entre autres une diminution des rejets d'oxydes d'azote NOX dans l'atmosphère. Pour atteindre cet objectif, on connaît le procédé SCR (Selective Catalytic Reduction) qui permet la réduction des oxydes d'azote par injection d'un agent réducteur, généralement d'ammoniac, dans la ligne d'échappement. Cet ammoniac peut provenir de la décomposition par thermolyse d'une solution d'un précurseur d'ammoniac dont la concentration peut être celle de l'eutectique. Un tel précurseur d'ammoniac est généralement une solution d'urée. Avec le procédé SCR, les dégagements élevés de NOX produits dans le moteur lors d'une combustion à rendement optimisé sont traités en sortie de moteur dans un catalyseur. Ce traitement requiert l'utilisation de l'agent de réduction à un niveau de concentration précis et dans une qualité extrême. La solution est ainsi précisément dosée et injectée dans le flux de gaz d'échappement où elle est hydrolysée avant de convertir l'oxyde d'azote (NOX) en azote (N2) et en eau (H2O). Pour ce faire, il est nécessaire d'équiper les véhicules d'un réservoir contenant une solution d'additif (urée généralement), ainsi que d'un dispositif pour doser et injecter la quantité d'additif désirée dans la ligne d'échappement. Afin de pouvoir doser correctement la solution d'additif dans les gaz d'échappement, il est connu d'incorporer au réservoir d'additif, des composants électriques tels que jauge de niveau, capteur de température, senseur de qualité, résistance chauffante... Ces composants nécessitent des lignes électriques vers un (ou plusieurs) faisceau(x) électrique(s) ou un (ou plusieurs) autre(s) composant(s) du véhicule ou du système SCR, situé en dehors du réservoir de stockage de l'additif, ce qui pose plusieurs problèmes. Tout d'abord, les solutions d'additif sont généralement corrosives et les matériaux conducteurs usuels n'y résistent pas ou mal. Ensuite, là où les lignes émergent du réservoir, l'étanchéité doit être assurée, ce qui peut également mener à problèmes surtout à long terme. 2967723 -2 La demande WO 2008/138757 propose différentes solutions de connexion de ligne à travers le couvercle d'un bac de réserve chauffé d'un réservoir à urée, dans lesquelles la ligne passe à travers ledit couvercle et est munie d'un joint, ce joint ayant la forme d'un bouchon élastique qui est inséré de manière étanche 5 dans un logement dudit couvercle. Dans toutes les solutions décrites dans ce document, l'étanchéité est assurée à la fois grâce au recours à un ou plusieurs joints (30 sur les figures); à une vulcanisation directe du joint sur le câble ou à un élément de mise sous tension du joint autour du câble (38 sur les figures); et à une pièce de maintien 10 (34 sur les figures) qui est boulonnée sur le couvercle. Un tel montage est dès lors relativement compliqué et coûteux. Dans une variante (celle de la figure 5), deux câbles munis chacun d'un joint torique (30), sont montés dans une pièce intermédiaire (39) elle-même montée dans le couvercle à l'aide d'un joint (43). Une telle solution n'est pas 15 prévue pour être immergée de manière permanente dans une solution d'additif de type solution aqueuse d'urée. En effet, la partie entre le joint torique (43) et l'intérieur du réservoir n'est pas étanche. En cas de cycle de gel / dégel, l'expansion de l'additif entre la pièce intermédiaire et le logement peut faire perdre l'étanchéité du montage et/ou endommager l'assemblage. En outre, les 20 deux joints d'étanchéité (30) autour des câbles du chauffeur ne sont pas isolés de l'extérieur par la pièce intermédiaire. Ils sont au contraire exposés au milieu extérieur et leur appui se fait uniquement au centre de la pièce intermédiaire (39). Une telle configuration peut également mener à des pertes d'étanchéité en particulier pour des solutions immergées. En outre, étant donné que les deux fils 25 émergent du réservoir en passant à travers lesdits joints, le montage du réservoir sur le véhicule implique de réaliser avec soin, la connexion électrique de ces deux fils à la source de tension. Le brevet EP 2029865 au nom de la demanderesse propose justement une embase incluant un bac de réserve qui est immergée c.à.d. montée par une ouverture dans la paroi inférieure du réservoir. Afin de réchauffer l'urée contenue dans le réservoir et en particulier, dans le bac de réserve, cette embase intègre de préférence également un élément chauffant comme décrit dans la demande WO'757 susmentionnée et de préférence, un réchauffeur flexible tel que décrit dans la demande WO 2008/138960 également au nom de la demanderesse. 2967723 -3 Dans cette solution, les connexions électriques (non seulement de l'élément chauffant, mais également, d'autres accessoires électriques tels que listés ci-dessus) doivent se faire à travers une ouverture dans l'embase immergée, qui est en matière plastique et de préférence, moulée par injection. 5 L'idée à la base de la présente invention est de rendre les systèmes de fixation décrits dans la demande WO'757 compatibles avec des solutions immergées tout en les simplifiant. Cet objectif est atteint en faisant en sorte que ni les joints, ni les fils n'émergent du réservoir et ce grâce au recours à un boîtier dans lequel un ensemble de connexion pré-assemblé peut être monté facilement 10 et de manière étanche par simple raccord rapide. La présente invention concerne dés lors un réservoir pour le stockage d'un additif liquide de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ledit réservoir comprenant une paroi délimitant un volume interne, un composant électrique situé dans le volume interne et au moins un câble électrique permettant 15 de connecter ledit composant à une source de tension extérieure au réservoir, au moins une partie du câble électrique étant insérée dans une pièce intermédiaire connectée à une embase montée sur une ouverture dans la paroi du réservoir. Selon l'invention, l'embase intègre un boîtier monté de manière étanche autour d'un orifice dans l'embase, dans lequel la pièce intermédiaire est fixée par raccord 20 rapide et qui comprend en outre un connecteur électrique auquel le câble électrique est connecté de manière étanche à l'aide d'un joint et qui émerge de l'orifice dans l'embase vers l'extérieur du réservoir. L'additif dont il est question dans le cadre de l'invention est de préférence un agent réducteur susceptible de réduire les NOx présents dans les gaz 25 d'échappement des moteurs à combustion interne. Il s'agit avantageusement d'un précurseur d'ammoniac en solution aqueuse. L'invention donne de bons résultats avec les solutions aqueuses d'urée et en particulier, les solutions eutectiques eau/urée telles que les solutions d'AdBlué dont la teneur en urée est comprise entre 31,8 % et 33,2 % en poids et qui contiennent environ 18 % d'ammoniac. 30 L'invention peut également s'appliquer aux mélanges urée/formate d'ammonium également en solution aqueuse, vendus sous la marque Denoxium et qui contiennent environ 13 % d'ammoniac. Ces derniers présentent comme avantage par rapport à l'urée, le fait de ne geler qu'à partir de -35°C (par rapport à -11°C), mais présentent comme inconvénients, des problèmes de corrosion liés à la 35 libération d'acide formique. 2967723 -4 La présente invention peut être appliquée à tout moteur à combustion interne susceptible de générer des NOx dans ses gaz d'échappement. Il peut s'agir d'un moteur avec ou sans ligne de retour carburant (c'est-à-dire une ligne retournant au réservoir à carburant, le surplus de carburant non consommé par le 5 moteur). Elle est avantageusement appliquée à des moteurs diesel et en particulier, aux moteurs diesel de véhicules et de manière particulièrement préférée, aux moteurs diesel de poids lourds. Le réservoir selon l'invention comprend une paroi qui peut être en une matière quelconque, de préférence ayant une résistance chimique à l'additif 10 concerné. Il s'agit en général de métal ou de matière plastique. Dans le cas de l'urée, les résines polyoléfines, en particulier le polyéthylène (et plus particulièrement, le PEHD ou polyéthylène haute densité), les polyamides (PA) ainsi que les polyacétals et en particulier, le POM (polyoxyméthyléne), constituent des matériaux préférés. Ces mêmes matériaux peuvent également être 15 utilisés pour le boîtier étanche du réservoir selon l'invention ainsi que l'embase et /ou la pièce intermédiaire. A noter que les polyamides (PA) conviennent particulièrement bien pour ces pièces et en particulier, le PA 6.6. Selon l'invention, la paroi du réservoir comprend au moins une ouverture sue laquelle est montée une embase comprenant un orifice autour duquel un 20 boîtier est monté de manière étanche. Par «embase», on entend désigner une platine ou une pièce aplatie (c.à.d. dont l'épaisseur est nettement plus faible (par exemple : d'au moins un facteur 5, voire 10) que ses autres dimensions et qui est substantiellement plane) destinée à obturer une ouverture dans sa paroi, de préférence dans la partie supérieure ou 25 inférieure de celle-ci (respectivement appelées paroi supérieure et paroi inférieure). A noter que dans cette dernière variante, qui est préférée, l'embase peut s'étendre à l'intérieur du réservoir par une enceinte ou partie creuse qui communique avec le réservoir par au moins un orifice à travers lequel l'additif peut circuler, et qui peut faire office de bac de réserve. De préférence, le boîtier 30 selon l'invention est moulé d'un seul tenant avec l'embase et de préférence, il est moulé par injection. Il peut toutefois être obturé par un couvercle monté séparément. Par «paroi inférieure», on entend en fait désigner la moitié inférieure du réservoir lorsqu'il est monté sur le véhicule (qu'il soit ou non moulé d'un seul 35 tenant ou à partir de deux feuilles ou découpes de paraison). 2967723 -5 L'embase selon cette variante de l'invention est, en particulier, bien adaptée au support d'accessoires qui traversent la paroi du réservoir et/ou sont disposés à l'intérieur de celui-ci. Elle présente un périmètre refermé sur lui-même, de forme quelconque. Le plus souvent, son périmètre a une forme 5 circulaire. De préférence, le composant électrique dont au moins une partie est comprise dans le réservoir selon l'invention est choisi parmi les éléments suivants: une jauge de niveau; un capteur de température; un capteur de qualité; un capteur de pression; un régulateur de pression, un élément chauffant. Ces éléments 10 peuvent être intégrés dans le bac de réserve du réservoir. L'invention est particulièrement utile lorsque l'accessoire comporte deux câbles électriques, comme c'est généralement le cas pour un élément chauffant par exemple. L'invention a été appliquée avec succès pour un réchauffeur flexible tel que décrit précédemment. 15 Le câble électrique de ce composant doit être résistant à la corrosion par l'additif et/ou comprendre un revêtement conférant cette résistance à l'ensemble. De bons résultats ont été obtenus avec des câbles enrobés de silicone. De même, de bons résultats ont été obtenus avec des câbles métalliques (de préférence en acier inoxydable) gainés par un polymère fluoré (PFA ou perfluoroalkoxy par 20 exemple) et de préférence munis d'un enrobage (silicone par exemple). La pièce intermédiaire selon l'invention est une pièce creuse c.à.d. comprenant au moins un logement pour le câble et son joint. Elle présente généralement une forme cylindrique. Selon l'invention, le ou les câbles électriques doivent permettre de relier le 25 composant électrique à une source de tension et ces câbles sont connectés à un connecteur électrique dont au moins une partie est également comprise dans le boîtier étanche, si bien que la connexion vers la source de tension peut se faire plus facilement, par l'intermédiaire d'un connecteur complémentaire avec celui au moins partiellement intégré dans le boîtier étanche. 30 Le connecteur selon l'invention est de préférence également en PA 66, de préférence renforcé, par exemple à l'aide de fibres de verre, donnent de bons résultats en pratique. Le ou les câbles sont de préférence sertis sur des contacts qui sont eux-mêmes fixés sur le connecteur électrique. Quant au connecteur, il est de 35 préférence quasi entièrement intégré dans le boîtier étanche (de sorte que seule sa partie de connexion vers un connecteur complémentaire émerge du réservoir). 2967723 -6 La connexion à la source de tension peut se faire par l'intermédiaire d'un boîtier électronique intégrant le connecteur complémentaire et de préférence, une unité de commande électronique (ou ECU) pour le composant. Le joint assurant l'étanchéité entre le connecteur et le câble peut soit être 5 inséré entre la pièce intermédiaire et le connecteur, soit être inséré dans un logement de la pièce intermédiaire. Cette dernière variante implique dés lors de préférence le recours à un joint supplémentaire pour connecter de manière étanche la pièce intermédiaire au boîtier. Elle est dés lors préférée, puisqu'elle implique en fait une double étanchéité. Quelle que soit la variante, le ou les joints 10 sont de préférence en un matériau élastomérique tel que l'EPDM ou une silicone, cette dernière étant préférée. Les joints commercialisés sous la dénomination « single wire seal» par la société Tyco, donnent de bons résultats et en particulier dans la variante où la pièce intermédiaire comprend deux logements pour deux câbles chacun équipés 15 d'un joint. Ces joints comprennent une partie corruguée (annelée), assurant un certain mouvement/une souplesse axiale, ainsi qu'une partie droite pour le montage en force sur un relief. Dans cette variante, il peut être intéressant (afin de gagner de l'espace en hauteur et de réduire la taille des pièces) d'éliminer desdits joints, la partie servant au montage en force, et qui n'est pas forcément 20 utile dans le cadre de l'invention. Selon l'invention, l'embase intègre un boîtier. Par «intègre», on entend que soit ce boîtier est fixé sur le pourtour de l'orifice (par soudure, collage, fixation mécanique...), soit il est moulé d'une seule pièce avec elle. Cette dernière variante est préférée en particulier pour les embases en matière plastique. 25 Le boîtier selon l'invention est par définition une pièce creuse destinée à recevoir entre autres la pièce intermédiaire et ayant une taille et une forme telle que cette pièce intermédiaire peut y être fixée par raccord rapide. Par «raccord rapide», on entend désigner une connexion en force d'une pièce sur l'autre qui ne fait pas forcément appel à une pièce supplémentaire pour maintenir l'ensemble. 30 Des exemples commerciaux de ce type de connexion sont les connexions dites « sapin » et « quick connect », ainsi que des reliefs adaptés à un simple clipsage A cet effet donc, la pièce intermédiaire est de préférence munie d'un relief de fixation rapide complémentaire avec un relief correspondant dans le boîtier. Une rainure sur la surface externe de la pièce intermédiaire et un rigole 35 complémentaire sur la surface interne du boîtier, permettent d'assurer un clipsage efficace. - 7 La présente invention concerne également une embase pour un réservoir tel que décrit ci-dessus et qui est intègre à cet effet un boîtier monté de manière étanche autour d'un orifice dans l'embase et ayant une taille et une forme adaptées pour qu'une pièce intermédiaire puisse y être fixée par raccord rapide et pour recevoir en outre un connecteur électrique. Elle concerne également un procédé pour connecter un composant électrique d'un réservoir pour le stockage d'un additif liquide de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, à une source de tension extérieure au réservoir à l'aide d'un câble électrique et au travers d'une embase montée sur une ouverture dans la paroi du réservoir, selon lequel: - on insère au moins une partie du câble électrique dans une pièce intermédiaire - à l'aide d'un joint, on connecte le câble à un connecteur électrique - on insère l'ensemble dans un boîtier monté de manière étanche autour d'un orifice dans l'embase et on l'y fixe par raccord rapide de la pièce intermédiaire de sorte à ce que le connecteur émerge de l'orifice dans l'embase vers l'extérieur du réservoir. Dans ce procédé, l'ensemble câble électrique / pièce intermédiaire / connecteur peut être connecté au composant électrique avant le montage du composant dans le réservoir, ce qui rend le montage et la connexion de l'ensemble particulièrement aisé pour le fabriquant du réservoir. La présente invention est illustrée de manière non limitative par les figures 1 à 6 en annexe, qui montrent respectivement : - Fig. 1: une coupe par un plan vertical médian à travers l'embase d'un réservoir selon une variante de l'invention - Fig. 2: une coupe par un plan vertical médian à travers le boîtier étanche d'une variante de l'embase de la figure 1 - Fig. 3: une coupe par un plan vertical médian à travers le boîtier étanche d'une autre variante de l'embase de la figure 1 - Fig. 4: une vue de face en trois dimensions et agrandie, de la pièce intermédiaire contenue dans le boîtier étanche de la figure 3 - Fig. 5: une vue de haut de cette même pièce intermédiaire - Fig. 6: comment le système illustré dans les figures 3 à 5 peut avantageusement être modifié pour réduire son encombrement vertical. Dans ces figures, les cotes sont données à titre exemplatif et des n° identiques désignent des pièces identiques, à savoir : 1 : embase immergée destinée à un réservoir pour solution aqueuse d'urée : boîtier étanche 3 : réchauffeur flexible 4 : câbles électriques alimentant le réchauffeur : patch recouvrant la soudure des câbles sur le réchauffeur 5 6 : pièce intermédiaire 7 : joint souple 7': joints de type «single wire seals » 8 : logements pour les joints et les câbles 9 : joint torique 10 : rainure faisant office de clip 11 : connecteur électrique A la figure 1, on peut voir un réchauffeur (3) de type flexible (c.à.d. comprenant au moins une piste résistive insérée entre deux films flexibles ou apposée sur un film flexible, de préférence en silicone) monté sur une embase (1) destinée à être immergée dans un réservoir à urée c.à.d. à obturer une ouverture dans la paroi inférieure de ce réservoir (non illustré). Ce réchauffeur (3) est alimenté par deux câbles électriques (4) dont deux extrémités sont soudées aux extrémités de la piste résistive du réchauffeur, ladite soudure étant recouverte par un patch (5), de préférence en silicone également. Les extrémités opposées de ces câbles sont raccordées à un connecteur électrique non visible sur cette figure, car contenu dans un boîtier étanche (2) moulé d'une pièce avec l'embase. La figure 2 (coupe par un plan vertical médian à travers une variante du boîtier (2)) montre comment une partie des câbles (4) du réchauffeur (3) est insérée dans une pièce intermédiaire (6) clipsée dans ledit boîtier (2) à l'aide d'une rainure (10) agissant avec une rigole complémentaire dans le boîtier pour assurer un raccord rapide, l'étanchéité dudit raccord étant assurée par un joint (7) monté en force dans ledit boîtier (2) et qui assure en même temps l'étanchéité du raccord des câbles (7) avec le connecteur électrique (11). La figure 3 (coupe par un plan vertical médian à travers une autre variante 30 du boîtier (2)) montre continent une pièce intermédiaire (6) cette fois munie de logements (8) pour deux joints (7') de type «single wire seals », est clipsée dans ledit boîtier (2) à l'aide d'une rainure (10) agissant avec une rigole complémentaire dans le boîtier pour assurer un raccord rapide, l'étanchéité dudit raccord étant assurée par un joint torique (9) logé dans une gorge de la pièce 35 intermédiaire (6). 2967723 -9 La géométrie de la pièce intermédiaire (6) est illustrée aux figures 4 (vue de face) et 5 (vue de haut). Sur la figure 5 (vue légèrement excentrée), on peut voir les orifices à travers les joints (7» destinés au passage des câbles. La figure 6 montre comment, en supprimant la partie des joints destinée au 5 montage en force des joints (7) dans certaines applications (encadrée dans la vue de gauche en 7"), et qui est superflue dans cette application-ci, peut être supprimée pour donner une version plus compacte (moins haute) illustrée dans la vue de droite. REVENDICATIONS1 - Réservoir pour le stockage d'un additif liquidé de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ledit réservoir comprenant une paroi délimitant un volume interne, un composant électrique (3) situé dans le volume interne et au moins un câble électrique (4) permettant de connecter ledit composant (3) à une source de tension extérieure au réservoir, au moins une partie du câble électrique (4) étant insérée dans une pièce intermédiaire (6) connectée à une embase (1) montée sur une ouverture dans la paroi du réservoir, dans lequel l'embase (1) intègre un boîtier (2) monté de manière étanche autour d'un orifice dans l'embase (1), dans lequel la pièce intermédiaire (6) est fixée par raccord rapide et qui comprend en outre un connecteur électrique (11) auquel le câble électrique (4) est connecté de manière étanche à l'aide d'un joint (7, 7') et qui émerge de l'orifice dans l'embase (1) vers l'extérieur du réservoir. 2. - Réservoir selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'ouverture obturée par l'embase (1) est située dans la paroi inférieure du réservoir et en ce qu'elle s'étend à l'intérieur du réservoir par une enceinte ou partie creuse qui communique avec le réservoir par au moins un orifice à travers lequel l'additif peut circuler, et qui fait office de bac de réserve. 3. - Réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, , 20 dans lequel le boîtier (2) est moulé d'un seul tenant avec l'embase (1). 4. - Réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le composant électrique (3) est un réchauffeur flexible. 5. - Réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le câble (4) est un câble en acier inoxydable gainé par un polymère 25 fluoré et muni d'un enrobage de résine silicone. 6. - Réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la connexion vers la source de tension est réalisée par l'intermédiaire d'un connecteur complémentaire avec celui (11) au moins partiellement intégré dans le boîtier étanche (2). 30 7. - Réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le câble (4) est serti sur un contact électrique du connecteur (11).. - Réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le joint (7, 7') assurant l'étanchéité entre le connecteur (11) et le câble (4) est inséré entre la pièce intermédiaire (6) et le connecteur (11). 9. - Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans 5 lequel le joint (7, 7') assurant l'étanchéité entre le connecteur (11) et le câble (4) est inséré dans un logement (8) de la pièce intermédiaire (6). 10. - Réservoir selon la revendication précédente, comprenant un joint supplémentaire (9) pour connecter de manière étanche la pièce intermédiaire (6) au boîtier (2). 10 11. - Réservoir selon la revendication 9 ou 10, dans lequel la pièce intermédiaire (6) comprend deux logements (8) pour deux câbles (4) chacun équipés d'un joint (7') comprenant une partie corruguée (annelée). 12. - Réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le raccord rapide est un clipsage impliquant une rainure (10) sur la 15 surface externe de la pièce intermédiaire (6) et une rigole complémentaire sur la surface interne du boîtier (2). 13. - Embase (1) pour un réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui intègre un boîtier (2) monté de manière étanche autour d'un orifice dans l'embase (1) et ayant une taille et une forme adaptées pour 20 qu'une pièce intermédiaire (6) puisse y être fixée par raccord rapide et pour recevoir en outre un connecteur électrique (11). 14. - Procédé pour fabriquer un réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, selon lequel : on insère au moins une partie du câble électrique (4) dans la pièce intermédiaire 25 (6) - on connecte le câble (4) au connecteur électrique (11) de manière étanche à l'aide du joint (7, 7') - on insère l'ensemble dans le boîtier (2) et on l'y fixe par raccord rapide de la pièce intermédiaire (6) de sorte à ce que le connecteur (11) émerge de l'orifice 30 dans l'embase (1) vers l'extérieur du réservoir.-12- 15. - Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'ensemble câble électrique (4) / pièce intermédiaire (6) / connecteur (11) est connecté au composant électrique (3) avant le montage du composant (3) dans le réservoir.