Brevet FR2985286A1 — publié le 20130705

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement pour nettoyer les gaz d'échappement émis par un moteur thermique, notamment pour la réduction cataly- tique sélective des oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement, ce dispositif comprenant une pompe pour aspirer un agent de nettoyage dans un réservoir et un module de dosage pour alimenter de manière motorisée l'agent dans la conduite des gaz d'échappement du moteur thermique. L'invention se rapporte également à un procédé de post- traitement des gaz d'échappement à l'aide d'un tel dispositif. Etat de la technique Pour respecter la réglementation relative à l'environnement, dans le cas des moteurs thermiques à allumage non commandé, il est souvent prévu un catalyseur à réduction catalytique sélective équipant l'installation des gaz d'échappement. Un catalyseur à réduction catalytique sélective traite les gaz d'échappement en transformant les composés NO. en eau et en azote de l'air. Pour cela, en amont du catalyseur à réduction catalytique sélective, on introduit un agent de post-traitement des gaz d'échappement, par exemple une solu- tion aqueuse d'urée, liquide, servant d'agent réducteur. Cette solution est projetée dans la conduite des gaz d'échappement. Pour cela, on utilise par exemple un système de dosage comprenant un réservoir d'agent réducteur, une pompe d'agent réducteur et un module de dosage qui fonctionne comme l'injecteur d'une installation d'injection de carburant. La pompe et les composants associés sont appelés module de transfert. Le module de transfert ou la pompe a pour fonction d'aspirer la solution aqueuse d'urée du réservoir et de lui appliquer une pression suffisamment élevée pour que la solution aqueuse d'urée, à l'état liquide, soit finement pulvérisée dès que le module de dosage est ouvert de façon commandée et que l'agent de post-traitement des gaz d'échappement est introduit dans la conduite des gaz d'échappement en aval du moteur. L'injecteur, de même que le module de transfert, sont reliés à un appareil de commande du moteur thermique qui l'ouvre en fonction de la demande puis le referme. La même remarque s'applique également pour le fonctionnement de la pompe de transfert. La solution aqueuse d'urée a l'inconvénient de geler aux basses températures et d'augmenter son volume d'environ 12° de sorte qu'il faut prendre des mesures pour éviter les dommages qui seraient occasionnés au système de dosage par le gel de la solution aqueuse d'urée. Pour cela, il est connu selon le document EP 1 812 144 d'évacuer les conduites traversées par la solution aqueuse d'urée. Pour cela, la pompe est réalisée avec un sens de transfert non réversible, c'est-à-dire qu'une soupape non réversible est prévue dans le sens in- verse du sens de transfert de la pompe. Pour cela et comme cela est dé- crit dans le document DE 10 2011 081628 publié postérieurement, en option on prévoit une seconde pompe pour pomper la solution aqueuse d'urée de la région de la conduite de transfert. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un dispositif de post- traitement des gaz d'échappement caractérisé en ce qu'une vanne d'arrêt comportant un élément de fermeture équipe la conduite de pression entre la pompe et le module de dosage. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la vanne d'arrêt est une vanne à 2/2 voies, notamment une vanne passive à 2/2 voies. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la vanne d'arrêt comporte un élément de ressort bistable. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'élément d'arrêt est un piston d'étanchéité qui s'appuie contre un siège d'étanchéité avec une force de fermeture élevée pour la position fermée de la vanne d'arrêt. Suivant une autre caractéristique avantageuse, en posi- tion ouverte de la vanne d'arrêt, l'élément de fermeture s'appuie avec une force de maintien faible sur une surface d'appui. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'élément de ressort bistable exerce une force de fermeture élevée et/ou une force de maintien faible. Suivant une autre caractéristique avantageuse, une fonc- tion de réaspiration, notamment une pompe de réaspiration et la force de maintien faible est dimensionnée pour qu'en cas de réaspiration de l'agent auxiliaire du module de dosage lorsque le module de dosage est ouvert, la vanne de fermeture s'ouvre. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la vanne d'arrêt comporte une membrane en élastomère recevant de manière mobile l'élément de fermeture. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'élément de ressort bistable est une membrane en élastomère. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la mem- brane en élastomère entoure l'élément de fermeture au moins sur son coté tourné vers le siège d'étanchéité. L'invention a également pour objet un procédé de post-traitement des gaz d'échappement pour nettoyer les gaz d'échappement d'un moteur thermique, notamment pour la réduction catalytique sélec- tive des oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement, qui, à l'aide d'une pompe aspire un agent auxiliaire pour le nettoyer dans le réservoir et dose à l'aide d'un module de dosage, le liquide dans la conduite des gaz d'échappement du moteur thermique, en aval du moteur, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on ferme à la demande une con- duite de pression entre la pompe et le module de dosage. Ainsi, la vanne d'arrêt a notamment un principe de fonctionnement passif qui se combine également à la fonction de réaspiration et de plus elle a une protection économique contre le retour de liquide. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de dispositif de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement relié à une conduite de gaz d'échappement d'un moteur thermique, - la figure 2 montre une vanne d'arrêt en position fermée, - la figure 3 montre la vanne d'arrêt en position ouverte. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement ou dispositif de dosage 3 utilisant une solution aqueuse d'urée comme agent de post-traitement des gaz d'échappe- ment ; cette solution est contenue dans un réservoir 1. Un module de transfert 21 est relié par une conduite de pression 25 à un module de dosage 13. Le module de transfert 21 comporte une unité de pompe de transfert 5 et à l'intérieur de celle-ci, un clapet anti-retour 6 côté pression d'une pompe de transfert 7. Côté aspiration, la pompe de transfert 7 est reliée par une conduite d'aspiration 23 à un réservoir 1 ; un pré- filtre 9 est installé entre le réservoir 1 et l'unité de pompe de transfert. La conduite de pression 25 relie le branchement côté pression de l'unité de pompe de transfert 5 par un filtre principal 10 et en plus par une vanne d'arrêt 40 au module de dosage 13. L'entrée 38 de la vanne d'arrêt 40 est reliée à la sortie du filtre principal 10 alors que la sortie 39 de la vanne d'arrêt 40 est reliée au module de dosage 13. La vanne d'arrêt a deux états de commutation, un état ouvert et un état fermé. Au niveau du côté de sortie du filtre principal 10, en amont de la vanne d'arrêt 40, une conduite de retour 27 revient au ré- servoir 1 et débouche dans celui-ci, de préférence au-dessus du niveau maximum de remplissage du réservoir 1. La conduite de retour 27 comporte un montage en série formé d'un clapet anti-retour 17 et d'un organe d'étranglement 15. Le clapet anti-retour 17 est prévu sur le côté de la conduite de retour tourné vers le réservoir pour s'ouvrir ainsi vers le réservoir ; l'organe d'étranglement 15 est dans la conduite de retour sur le côté tourné vers le filtre principal 10. L'organe d'étranglement 15 et le clapet anti-retour 17 sont réalisés sous la forme d'un composant intégré et peuvent également être montés dans l'ordre inverse. Le module de transfert 21 comporte en plus de la pompe de transfert 7 une pompe de réaspiration 8 commandée le cas échéant et qui relie la conduite de réaspiration 29 en entrée par la conduite de retour 27 à la conduite de pression 25. En sortie de la pompe de réaspiration 8, la conduite de sortie 29 revient au réservoir par la conduite de retour 27 côté tourné vers le réservoir. La conduite de pression 25 comporte un capteur de pres- sion 11 dans la partie de la conduite entre le filtre principal 10 et le module de dosage 13. D'une part, l'unité de pompe de transfert en mode de dosage aspire l'agent liquide de post-traitement des gaz d'échappement du réservoir pour l'injecter par le module de dosage 13 en forme de vanne commutée, en particulier en aval d'un catalyseur pour une réduction catalytique sélective dans la conduite des gaz d'échappement. L'agent de post-traitement en excédent passe par la conduite de retour 27 pour revenir dans le réservoir. D'autre part, après l'arrêt du moteur thermique, pour as- surer la protection contre le gel ou la corrosion, on vide le système de conduite par aspiration. Pour cela, on ouvre notamment le module de dosage à commande électrique et on active la pompe de réaspiration 8 de façon que la pompe de réaspiration 8 vide notamment le module de dosage et aussi les autres conduites sous fluide pour renvoyer l'agent de post-traitement des gaz d'échappement à l'aide de la conduite de retour 27 de nouveau dans le réservoir, en particulier par le côté de la conduite de retour 27 tourné vers le réservoir (1). La vanne d'arrêt 40 évite la réaspiration. La réaspiration signifie dans le présent contexte la réaspiration ou l'aspiration de vidage de la conduite de pression 25 et notamment du module de dosage 13 grâce à la fermeture consécutive de la conduite de pression en faisant passer la vanne d'arrêt 40 en position fermée pour interdire que de l'agent réducteur qui se trouve encore au niveau du module de trans- fert, ne puisse revenir dans le module de dosage. La vanne d'arrêt est par exemple une vanne à 2/2 voies. En particulier, on peut utiliser une vanne ou tiroir à 2/2 voies à commande électrique qui répond au choix à l'une ou plusieurs ou toutes les conditions suivantes : a) en cas d'arrêt sans courant, la vanne d'arrêt doit être fermée, b) en cas de fonctionnement du dispositif de dosage (pression de fonc- tionnement nominale de 5 bars ou de 9 bars), la vanne doit être ouverte sans courant, c) en cas de réaspiration (sans pression ; pression relative P=0 bar), la vanne d'arrêt doit être ouverte, d) si la vanne d'arrêt est fermée, elle doit être étanche au maximum pour éviter un retour d'agent réducteur ou une fuite, e) la vanne d'arrêt ne comporte de préférence aucun actionneur électronique et de préférence la vanne d'arrêt est une vanne passive (principe de fonctionnement passif). La figure 2 montre un mode de réalisation d'une vanne d'arrêt 40 sous la forme d'un distributeur à tiroir à 2/2 voies à maintien automatique. La vanne est une vanne passive représentée en position fermée. La vanne a un ressort bistable 49 dont l'extrémité est montée sur un appui de ressort 51 alors que l'autre extrémité est reliée à un piston d'étanchéité 41. Le ressort bistable 49 qui génère une force de fermeture importante, par exemple sous la forme d'un ressort lame, pousse le poinçon d'étanchéité 41 avec une force élevée F1' contre le siège d'étanchéité 53. La vanne d'arrêt est intégrée de préférence dans le module de transfert 21. La sortie 39, à l'état fermé tel que représenté, est rendue étanche par rapport à l'entrée 38 par la membrane en élastomère 45 couvrant le côté du piston d'étanchéité 41 tourné vers le siège d'étanchéité. La membrane en élastomère sert en même temps de palier mobile pour le piston d'étanchéité en ce que la membrane s'évase du piston d'étanchéité au-dessus du siège d'étanchéité et est tenue par un support de membrane 47. Le support de membrane et la membrane en élastomère qui s'élargit délimitent ainsi de manière étanche au liquide le canal d'entrée 38 de la vanne d'arrêt sur le côté du siège d'étanchéité. En position fermée de la vanne, une zone de contrepalier 55 du piston d'étanchéité 41 est éloignée de la surface d'appui 43. La figure 3 montre le moyen de protection contre la réaspiration du dispositif de post-traitement des gaz d'échappement ou du dispositif de dosage ou de la vanne d'arrêt 40 à l'état ouvert. Le ressort bistable 49 maintient le piston d'étanchéité 41 avec une force F2' plus faible en positon ouverte. Au démarrage du dispositif de dosage, il s'établit une pression systématique, c'est-à-dire que le canal d'entrée 38 reçoit la pression hydraulique de l'agent réducteur. La pression agit sur la membrane 45 et ouvre la vanne contre la force F1' exercée par le ressort. Le ressort bistable 49 est ainsi dépassé et la zone de contre-appui 55 du piston d'étanchéité 41 se déplace vers la surface d'appui 43 jus- qu'à venir sur la surface d'appui comme cela est représenté à la figure 3. Le ressort bistable 49 génère une force d'ouverture ou de maintien F2' significativement réduite par rapport à la force de fermeture F1' selon la figure 2 et qui maintient le piston d'étanchéité 41 ouvert en fonc- tionnement normal, même pour des variations de pression ou des effondrements de pression dans le canal d'entrée 38. Si le dispositif de post-traitement des gaz d'échappement équipe par exemple un véhicule et que le moteur thermique du véhicule est arrêté, c'est-à-dire à la fin d'un cycle de fonctionnement, la pompe de transfert 5 est coupée et la pression du liquide dans le canal d'entrée 38 chute pratiquement à 0 bar. Ensuite le module de dosage 13 est par exemple ouvert et la pompe de réaspiration 8 activée qui génère une dépression d'aspiration suffisamment faible pour ne pas pouvoir vaincre la force de maintien F2' lorsque le module de dosage 13 est ouvert. Après que l'agent réducteur, par exemple une solution aqueuse d'urée, ait été réaspirée jusque derrière la vanne à tiroir à 2/2 voies 40, c'est-à-dire derrière la vanne de fermeture ou de protection contre la réaspiration, on peut fermer le module de dosage 13. La pompe de réaspiration reste actionnée et elle génère alors une dépression significativement plus forte que lorsque le module de dosage est ouvert ; cette dépression per- met de vaincre la force de maintien F2' du ressort bistable 49 si bien que le ressort bistable passe de sa position avec une faible force d'ouverture F2' selon la figure 3 de nouveau dans sa position avec une force d'ouverture plus élevée F1' selon la figure 2. La position du piston d'étanchéité 41 change de façon correspondante et la vanne d'arrêt passe de nouveau en position fermée comme à la figure 2. La dépression générée par la pompe de réaspiration lorsque le module de dosage est ouvert ne doit pas dépasser un seuil pour ne pas fonctionner en réaspiration. Le ressort bistable est conçu pour sa position avec la force de maintien (voir figure 3) selon un seuil pour que la vanne d'arrêt reste ouverte en cas de réaspiration aussi longtemps que le module de dosage est ouvert. Selon un mode de réalisation simplifié, on supprime le ressort bistable 49 distinct en ce que sa fonction est assurée directement par la membrane 45.35 - 8 NOMENCLATURE 1 Réservoir 3 Dispositif de post-traitement/dispositif de dosage 5 Unité de pompe de transfert 6 Clapet anti-retour 7 Pompe de transfert 8 Pompe de réaspiration 9 Préfiltre 10 Filtre principal 13 Module de dosage Organe d'étranglement 17 Clapet anti-retour 21 Module de transfert 15 23 Conduite d'aspiration 25 Conduite de pression 27 Conduite de retour 29 Conduite de réaspiration 38 Entrée de la vanne d'arrêt 39 Sortie de la vanne d'arrêt 40 Vanne d'arrêt 41 Piston d'étanchéité 43 Surface de butée 45 Membrane en élastomère 47 Support de membrane 49 Ressort bistable 51 Support de ressort 55 Zone de contre-appui du piston30 REVENDICATIONS1°) Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement (3) pour nettoyer les gaz d'échappement émis par un moteur thermique, notamment pour la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement comprenant une pompe (7) pour aspirer un agent de nettoyage dans un réservoir (1) et un module de dosage (13) pour alimenter de manière motorisée l'agent dans la conduite des gaz d'échappement du moteur thermique, dispositif caractérisé en ce qu' une vanne d'arrêt (40) comportant un élément de fermeture (41) équipe la conduite de pression (25) entre la pompe (7) et le module de dosage (13). 2°) Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement selon la reven- dication 1 caractérisé en ce que la vanne d'arrêt (40) est une vanne à 2/2 voies, notamment une vanne passive à 2/2 voies. 3°) Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la vanne d'arrêt comporte un élément de ressort bistable (49). 4°) Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'élément de fermeture (41) est un piston d'étanchéité qui s'appuie contre un siège d'étanchéité (53) avec une force de fermeture élevée pour la position fermée de la vanne d'arrêt. 5°) Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'en position ouverte de la vanne d'arrêt, l'élément de fermeture (41) s'appuie avec une force de maintien faible sur une surface d'appui (43). 6°) Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement selon la reven- dication 3, caractérisé en ce que l'élément de ressort bistable (49) exerce une force de fermeture élevée et/ou une force de maintien faible. 7°) Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement selon la reven- dication 5, caractérisé par une fonction de réaspiration, notamment une pompe de réaspiration (8) et la force de maintien faible est dimensionnée pour qu'en cas de réas- piration de l'agent auxiliaire du module de dosage (13) lorsque le mo- dule de dosage est ouvert, la vanne de fermeture (40) s'ouvre. 8°) Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne d'arrêt comporte une membrane en élastomère (45) recevant de manière mobile l'élément de fermeture (41). 9°) Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement selon les reven- dications 3 et 8, caractérisé en ce que l'élément de ressort bistable est une membrane en élastomère. 10°) Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement selon les re- vendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la membrane en élastomère (45) entoure l'élément de fermeture (41) au moins sur son coté tourné vers le siège d'étanchéité (53).11°) Procédé de post-traitement des gaz d'échappement pour nettoyer les gaz d'échappement d'un moteur thermique, notamment pour la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement, selon lequel une pompe (7) aspire un agent auxiliaire pour nettoyer les gaz dans le réservoir (1) et dose à l'aide d'un module de dosage (13) le liquide dans la conduite des gaz d'échappement du moteur thermique, en aval du moteur, procédé caractérisé en ce qu' on ferme à la demande, une conduite de pression (25) entre la pompe et le module de dosage.