Brevet FR2984970A1 — publié le 20130628

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une pompe à mem- brane pour débiter un liquide ou réaspirer un liquide d'une conduite d'un dispositif de dosage comportant un piston pour transmettre la force d'entraînement d'un excentrique rotatif à une membrane de pompe, le mouvement de montée et de descente de la pompe à membrane produisant l'aspiration du liquide par une entrée et son refoulement par une sortie. L'invention se rapporte également à un dispositif de do- sage d'un agent liquide de post-traitement des gaz d'échappement d'une installation de gaz d'échappement. Enfin, l'invention se rapporte à un procédé de dosage d'un agent liquide de post-traitement des gaz d'échappement, notamment d'une solution aqueuse d'urée pour traiter les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne dans une installation de traitement de gaz d'échappement. Etat de la technique Dans le cadre des moteurs thermiques à allumage non commandé, pour respecter les exigences relatives à l'environnement, l'installation de gaz d'échappement est souvent équipée d'un catalyseur SCR. Pour que ce catalyseur SCR puisse transformer les composés d'oxyde d'azote NOx en eau et en azote, en amont du catalyseur SCR, on introduit un agent de post-traitement des gaz d'échappement, par exemple une solution aqueuse d'urée, à l'état liquide comme agent ré- ducteur dans la veine des gaz d'échappement. Pour cela, on utilise par exemple un système de dosage ayant un réservoir d'agent réducteur, une pompe d'agent réducteur ainsi qu'un module de dosage fonctionnant de façon analogue à l'injecteur d'une installation d'injection de carburant. La pompe et ses composants sont également appelés module de transfert. Le but du module de transfert ou de la pompe est d'aspirer la solution aqueuse d'urée du réservoir et d'appliquer du côté de la pression une pression suffisante pour pulvériser finement la solution aqueuse d'urée dès que le module de dosage est ouvert à la de- mande et que l'agent de post-traitement des gaz d'échappement est fourni notamment en aval du moteur à l'installation de traitement des gaz d'échappement. L'injecteur, de même que le module de transfert, est relié à l'appareil de commande du moteur thermique et est ouvert et de nouveau fermé par celui-ci en fonction des besoins. La même remarque s'applique au fonctionnement de la pompe de transfert. La solution aqueuse d'urée a la propriété de geler à des températures basses et d'augmenter ainsi de volume d'environ 11 % de sorte qu'il faut prendre des mesures pour éviter des dommages dans le système de dosage par le gel de la solution aqueuse d'urée. Ainsi, il est connu selon le document EP 1 812 144 de ventiler la conduite servant à la solution aqueuse d'urée. Pour cela, la pompe est réversible ou comporte une soupape pour inverser le sens de transfert par la pompe. Selon le document DE 10 2011 081 628 publié postérieurement, il est connu de prévoir une seconde pompe en option pour pomper la solution aqueuse d'urée de la zone de la conduite de transfert. Le document DE 10 2008 043 309 décrit des exemples de pompes à excentrique. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet une pompe à mem- brane pour débiter un liquide ou le réaspirer d'une conduite d'un dispositif de dosage comportant un piston pour transmettre la force d'entraînement d'un excentrique rotatif à une membrane de pompe, le mouvement de montée et de descente de la pompe à membrane produi- sant l'aspiration du liquide par une entrée et son refoulement par une sortie. L'excentrique et le piston sont disposés que notamment en position de repos de la pompe à membrane, l'excentrique et le piston sont disposés l'un par rapport à l'autre de façon que l'excentrique et le piston viennent dans une position écartée l'un de l'autre par le réglage d'une position de rotation appropriée de l'excentrique. Vis-à-vis de l'état de la technique, l'invention a l'avantage de garantir le fonctionnement de la pompe et notamment la fonction de réaspiration avec un débit élevé. De plus, il est possible de rendre étanche le chemin de liquide dans la pompe, notamment en position de repos de la pompe. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention : - dans le cas où l'excentrique est écarté du piston, la liaison hydraulique entre l'entrée et la sortie de liquide est fermée de manière étanche au liquide, - le piston est poussé en direction de la surface de fermeture par au moins un élément de ressort, qui, en coopérant avec la membrane de pompe, assure la fermeture étanche de la liaison hydraulique, - l'excentrique est installé dans une chambre d'entraînement en forme de cavité dans le piston. L'invention a également pour objet un dispositif de dosage d'un agent liquide, pour le post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne équipé d'une installation de traitement des gaz d'échappement, notamment pour une solution aqueuse d'urée, comportant une pompe de transfert et un module de dosage, - la pompe de transfert étant reliée à une conduite d'aspiration pour aspirer le liquide de post-traitement des gaz d'échappement d'un réservoir, la pompe de transfert et le module de dosage étant reliés par une conduite de pression, et l'agent de post-traitement de gaz d'échappement étant fourni à l'installation de traitement des gaz d'échappement par le module de dosage, le dispositif comportant une pompe pour réaspirer, la pompe de réaspiration réalisée comme indiqué ci-dessus en étant reliée par son côté d'aspiration au module de dosage. Enfin, l'invention a pour objet un procédé de dosage d'un agent liquide de post-traitement des gaz d'échappement, notamment une solution aqueuse d'urée pour le post-traitement des gaz d'échap- pement d'un moteur à combustion interne équipé d'une installation de traitement des gaz d'échappement, procédé selon lequel une pompe de transfert aspire l'agent de post-traitement des gaz d'échappement d'un réservoir et le fournit à l'installation de post-traitement des gaz d'échappement par un module de dosage. Le procédé caractérisé en ce qu'à la demande, l'agent de post-traitement des gaz d'échappement aspiré préalablement dans le réservoir est refoulé par une pompe de réaspiration comme pompe à membrane dans le réservoir et en cas de passage intentionnel de la pompe de réaspiration en position de repos, l'excentrique de la pompe de réaspiration est positionné pour que l'excentrique et le piston de la pompe de réaspiration se trouvent dans une position écartée l'un de l'autre. Ce procédé est notamment caractérisé en ce qu'en posi- tion de repos de la pompe de réaspiration, il n'y a aucune liaison hy- draulique entre l'entrée de liquide et la sortie de liquide de la pompe de réaspiration. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation d'une pompe à mem- brane pour débiter du liquide ou réaspirer du liquide d'une conduite d'un dispositif de dosage ainsi que d'un procédé de dosage d'un agent liquide de post-traitement des gaz d'échappement représentés à titre d'exemple dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 montre un dispositif de dosage équipé d'une pompe de réaspiration qui assure le vidage par une conduite de réaspiration, la figure 2 est une pompe à membrane ou une pompe de réaspiration, et la figure 3 est un détail d'un piston d'un groupe de pompage dont les états de fonctionnement différents sont référencés a) - e). Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un dispositif de dosage 3 d'un agent de post-traitement des gaz d'échappement utilisant une solution aqueuse d'urée contenue dans un réservoir d'alimentation 1. Un mo- dule de transfert 21 est relié par une conduite de pression ou conduite de refoulement 25 à un module de dosage 13. Le module de transfert 21 comporte une unité de pompe de transfert 5 en aval, côté pression, d'une pompe de refoulement 7 avec un clapet anti-retour 6. Le côté aspiration de la pompe de transfert 7 est relié par une conduite d'aspiration 23, à un réservoir 1 ; un pré-filtre 9 est installé entre le ré- servoir 1 et l'unité de pompe de transfert 5. La conduite de pression 25 relie le branchement côté refoulement de l'unité de pompe de transfert 5 par l'intermédiaire d'un filtre principal 10 au module de dosage 13. Une conduite de retour 27 relie la sortie du filtre principal 10 pour retourner au réservoir 1 et déboucher de préférence au-dessus du niveau de rem- plissage maximum du réservoir 1. La conduite de retour 27 comporte selon un montage en série, un clapet anti-retour 17 avec un organe d'étranglement 15. Le clapet anti-retour 17 se trouve sur le côté réservoir de la conduite de retour et s'ouvre vers le réservoir ; l'organe d'étranglement 15 est situé sur le côté de la conduite de retour tourné vers le filtre principal 10. L'organe d'étranglement 15 et le clapet antiretour 17 constituent un composant intégré. Le module de transfert 21 comporte en plus de la pompe de transfert 7 une pompe de réaspiration 8 commutée à la demande et dont le côté entrée relie la conduite de réaspiration 29 par la conduite de retour 27 à la conduite de pression 25. Côté sortie de la pompe de réaspiration 8, la conduite de réaspiration 29 est reliée au côté réservoir de la conduite de retour 27 débouchant dans le réservoir. Dans la région comprise entre le filtre principal 10 et le module de dosage 13, la conduite de pression 25 comporte un capteur de pression 11. L'unité de pompe de transfert aspire d'une part un mode de dosage, le liquide de post-traitement des gaz d'échappement du réservoir pour l'injecter par le module de dosage 13 en forme de soupape commutée, en aval, notamment d'un catalyseur, pour la réduction cata- lytique sélective dans la conduite des gaz d'échappement. Le liquide de post-traitement, en excédent, revient par la conduite de retour 27 dans le réservoir. D'autre part, après l'arrêt du moteur thermique, le système de conduite est vidé par aspiration pour le protéger contre le gel et la corrosion. En particulier, on ouvre le module de dosage à commande électrique et on active la pompe de réaspiration 8 pour que la pompe 8 vide notamment le module de dosage et les autres conduites de liquide et fasse passer le liquide de post-traitement des gaz d'échappement par la conduite de retour 27 vers le réservoir 1. La figure 2 montre une pompe à membrane 40 utilisable comme pompe de réaspiration ; elle a une entrée de liquide 58 équipée d'une soupape d'entrée 158 et une sortie de liquide 60 avec une soupape de sortie 160. L'entrée et la sortie sont installées dans la zone d'un support 56 de la pompe. Un excentrique 44 entraîné par exemple en rotation par un moteur à courant continu actionne le piston 42 de la pompe à chaque rotation de sorte que la soupape d'entrée permet par exemple d'aspirer la solution aqueuse d'urée. L'excentrique se trouve dans la chambre d'entraînement 45 en forme de cavité du poinçon 42 ; l'excentrique est entraîné par l'arbre d'entraînement 52 qui pénètre dans la cavité et fait partie d'un moteur de pompe électrique, comman- dé, assurant l'entraînement dans le sens de rotation 62. Un ressort 48 entre le piston 42 et le contre-palier 50 pousse au cours de la suite du mouvement, le piston 42 et notamment la membrane de pompe 54 en direction de la surface de fermeture 59 de la chambre de liaison 63 reliant l'entrée 58 à la sortie 60 et ainsi le liquide aspiré à travers la sou- pape de sortie 160 vers la destination ; dans le cas d'une pompe de réaspiration 8 comme celle de la figure 1, le réservoir 1 est la destination. La figure 2 montre ainsi un mode de réalisation d'une pompe rotative à excentrique qui transfère un liquide, notamment une solution aqueuse d'urée, et qui, en cas de coupure de courant, ferme de manière étanche le passage de liquide dans la pompe de façon analogue à un distributeur à 2/2 voies. Dans la position de repos de la pompe 40 représentée à la figure 2, c'est-à-dire lorsque le moteur de la pompe n'est pas alimenté, l'excentrique n'est pas en contact avec le piston. Un intervalle résiduel 46 évite que l'excentrique ne soulève le piston. La membrane permet de fermer la liaison entre l'entrée et la sortie et la pompe fonctionne alors comme distributeur à tiroir à 2/2 voies, fermé. Le ressort 48 assure la force de fermeture requise en fonctionnement normal et notamment lorsque la pompe est arrêtée. A la différence de l'utilisation d'un entraînement en tran- slation, par exemple à l'aide d'un électroaimant de translation, le moteur à courant continu utilisé comme moteur de pompe n'a pas les inconvénients éventuels d'une fréquence de translation maximale et du volume de pompe ainsi limité. Un moteur à courant continu peut être géré plus simplement avec un courant constant et dans tous les cas, il ne demande aucune commande pulsée de courant pour le mode de fonctionnement normal de la pompe (c'est-à-dire la phase de pompage). La figure 3 montre schématiquement l'ensemble des opé- rations d'aspiration et de refoulement. Les parties a) - e) de la figure montrent une partie 70 du piston 42 occupant différentes positions. Les figures a) - c) montrent la levée du piston 42. Dans la figure d), l'excentrique 44 n'est plus en contact avec le piston et le ressort enfonce le piston dans le sens de la surface d'obturation 59. La membrane 54 descend ainsi et après le transfert de liquide, elle ferme finalement la vanne à 2/2 voies. Au cours de la suite du mouvement de rotation de l'excentrique, celui-ci perd le contact avec le piston (parties de figures e) et a)). Dans la partie de figure b), on a un premier contact avec l'excentrique et le piston. Pour soulever le piston, il faut appliquer un couple suffisant à l'excentrique 44 par l'intermédiaire de l'arbre de mo- teur 52. Pour qu'en cas d'arrêt par coupure de courant, il subsiste un intervalle résiduel 46 entre l'excentrique 44 et le piston 42, pour garantir la fermeture du distributeur à 2/2 voies, on pourra par exemple à la fin de la phase de fin de mouvement du moteur de pompe, fournir de courtes impulsions de commande pour garantir la position finale de l'excentrique. L'arbre moteur tourne librement en l'absence de courant, notamment si le moteur de pompe est un moteur à courant continu. Les brèves excursions d'intensité ne génèrent pas le couple nécessaire à l'arbre moteur pour soulever le piston. Si l'excentrique, en phase de soulèvement (figure partielle b)), reste fixe, il sera rappelé par la force du ressort et l'intervalle résiduel sera conservé. Si en revanche, dans la position de la figure 3c, l'excentrique reste fixe et ne peut être poussé par le ressort, alors les impulsions de courant, brèves, mentionnées, et qui, dans ce cas sollicitent le moteur de pompe, assurent la suite de la rota- tion. Les brèves impulsions de courant suffisent alors car le couple à appliquer dans cette position est déjà suffisamment plus réduit que dans la phase de levée selon la figure partielle b). L'excentrique dépasse le point mort haut et génère de nouveau l'intervalle résiduel avec la vanne à 2/2 voies, fermée, selon la figure a). Le faible couple, du fait de la brève impulsion d'intensité, n'est toutefois pas en mesure de soulever de nouveau le piston.5 NOMENCLATURE 1 Réservoir d'alimentation 3 Dispositif de dosage Unité de pompe de transfert 5 6 Clapet anti-retour 7 Pompe de transfert 8 Pompe de réaspiration 9 Filtre amont Filtre principal 10 11 Capteur de pression 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 40 Pompe à membrane 42 Piston de pompe 44 Excentrique rotatif 45 Chambre d'entraînement 48 Ressort 50 Contre-palier 52 Arbre d'entraînement 54 Membrane de pompe 56 Support de pompe 58 Entrée de liquide 59 Surface d'obturation 60 Sortie de liquide 62 Sens de rotation 63 Chambre de liaison 70 Partie de piston 158 Soupape d'entrée 160 Soupape de sortie REVENDICATIONS1°) Pompe à membrane pour débiter un liquide ou réaspirer un liquide d'une conduite d'un dispositif de dosage comportant un piston (42) pour transmettre la force d'entraînement d'un excentrique rotatif (44) à une membrane de pompe (54), * le mouvement de montée et de descente de la pompe à membrane produisant l'aspiration du liquide par une entrée de liquide (58) et son refoulement par une sortie de liquide (60), pompe à membrane caractérisée en ce que l'excentrique (44) et le piston (42) sont disposés pour que notamment en position de repos de la pompe à membrane, l'excentrique (44) et le piston (42) sont disposés l'un par rapport à l'autre de façon que l'excentrique (44) et le piston (42) viennent dans une position écartée l'un de l'autre par le réglage d'une position de rotation appropriée de l'excentrique (44). 2°) Pompe à membrane selon la revendication 1, caractérisée en ce que dans le cas où l'excentrique (44) est écarté du piston (42), la liaison hy- draulique (63) entre l'entrée (58) et la sortie (60) de liquide est fermée de manière étanche au liquide. 3°) Pompe à membrane selon la revendication 2, caractérisée en ce que le piston (42) est poussé en direction de la surface de fermeture (59) par au moins un élément de ressort (48), qui, en coopérant avec la membrane de pompe (54), assure la fermeture étanche de la liaison hydraulique (63). 4°) Pompe à membrane selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'excentrique (44) est installé dans une chambre d'entraînement (45) en forme de cavité dans le piston (42).5°) Dispositif de dosage (3) d'un agent liquide de post-traitement des gaz d'échappement, pour le post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne équipé d'une installation de traitement des gaz d'échappement, notamment pour une solution aqueuse d'urée, comportant une pompe de transfert (7) et un module de dosage (13), - la pompe de transfert (7) étant reliée à une conduite d'aspiration (23) pour aspirer le liquide de post-traitement des gaz d'échappement d'un réservoir (1), - la pompe de transfert (7) et le module de dosage (13) étant reliés par une conduite de pression (25), et - l'agent de post-traitement de gaz d'échappement étant fourni à l'installation de traitement des gaz d'échappement par le module de dosage (13), dispositif caractérisé en ce qu' - il comporte une pompe de réaspiration (8), - la pompe de réaspiration (8) étant réalisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 en étant reliée par son côté d'aspiration au module de dosage (13). 6°) Procédé de dosage d'un agent liquide de post-traitement des gaz d'échappement, notamment une solution aqueuse d'urée pour le post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne équipé d'une installation de traitement des gaz d'échappement, procédé selon lequel une pompe de transfert (7) aspire l'agent de post- traitement des gaz d'échappement d'un réservoir (1) et le fournit à l'installation de post-traitement des gaz d'échappement par un module de dosage (13), procédé caractérisé en ce qu' à la demande, l'agent de post-traitement des gaz d'échappement aspiré préalablement dans le réservoir est refoulé par une pompe de réaspira- tion (8) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 comme pompe à membrane dans le réservoir et en cas de passage intentionnel de la pompe de réaspiration en position de repos, l'excentrique (44) de la pompe de réaspiration est positionné pour que l'excentrique (44) et lepiston (42) de la pompe de réaspiration se trouvent dans une position écartée l'un de l'autre. 7°) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' en position de repos de la pompe de réaspiration, il n'y a aucune liaison hydraulique entre l'entrée de liquide (58) et la sortie de liquide (60) de la pompe de réaspiration.10