Brevet FR2989418A1 — publié le 20131018

"Système d'échappement pour un véhicule automobile" L'invention concerne un système d'échappement pour un véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un système d'échappement pour un véhicule automobile comportant au moins une ligne d'échappement agencée en aval d'un moteur thermique de véhicule automobile qui comporte au moins un organe de traitement des gaz comportant un catalyseur et un dispositif d'injection d'urée apte à injecter sélectivement de l'urée dans ledit organe de traitement, ledit dispositif d'injection d'urée comportant au moins d'amont en aval un réservoir d'urée, une pompe, une canalisation d'alimentation, et un injecteur commandé qui traverse une paroi de l'organe de traitement des gaz et un moyen de commande qui est apte à déterminer au moins : - un premier mode dit de pompage dans lequel la pompe alimente la canalisation et l'injecteur en urée, l'injecteur étant ouvert, pour alimenter le catalyseur en urée, - un deuxième mode dit d'arrêt dans lequel la pompe est arrêtée et l'injecteur est fermé, et - un troisième mode dit d'aspiration dans lequel la pompe aspire l'urée résiduelle contenue dans la canalisation et l'injecteur pour la refouler dans le réservoir. On connaît de nombreux exemples de systèmes d'échappement de ce type. Ce type d'échappement, connu sous les initiales "SCR" pour Selective Catalyst Reduction ou "Réduction Catalytique Sélective des Oxydes d'Azote" correspond à un type d'échappement associé à des moteurs à combustion optimisée, c'est-à-dire à haut rendement et faible consommation, qui créent des oxydes d'azote ou NOx par des températures de combustion élevées. Ces polluants peuvent être traités par injection d'urée à l'échappement, qui se transforme dans l'échappement en ammoniaque, laquelle ammoniaque se trouve être un réducteur des Oxydes d'Azote NON. On utilise donc pour l'injection d'urée des systèmes d'échappement du type décrit ci-dessus. Or, une des particularités de l'urée réside en son changement d'état à partir de -11°C, l'urée gelant en dessous de cette température. Aussi, dans les systèmes conventionnels, les canalisations et le réservoir sont chauffés par des résistances électriques lors du fonctionnement du véhicule. Lors de l'arrêt du véhicule, un calculateur déclenche une procédure de purge de la canalisation en inversant le sens de fonctionnement de la pompe, pour éviter les risques d'éclatement de cette dernière en cas de gel et également pour protéger l'injecteur. Cette purge ne peut se faire correctement et en quantité suffisante si l'injecteur reste fermé. Il est nécessaire de commander préalablement l'ouverture de l'injecteur pour permettre à la pompe de faire le vide et garantir un équilibre de pression dans la canalisation et dans le réservoir. Toutefois, on a constaté que du fait des dimensions réduites des orifices d'injecteurs, qui sont calibrés de manière à garantir une pulvérisation de bonne qualité de l'urée, l'aspiration en phase de purge était alors soumise à une perte de charge importante. Les systèmes d'échappement actuels nécessitent donc un temps de purge qui présente l'inconvénient d'être élevé, et qui présente de plus l'inconvénient d'entraîner une consommation électrique importante, d'autant plus préjudiciable au véhicule qu'elle est effectuée moteur et contact coupé alors que le moteur ne peut assurer la recharge de la batterie. Par ailleurs, un autre problème concerne l'ouverture de l'injecteur. En effet, la canalisation est généralement réalisée en un matériau plastique. Le déclenchement d'une phase de purge immédiatement après un fonctionnement du véhicule risque de conduire l'injecteur à aspirer des gaz d'échappement trop chauds qui pourraient faire fondre la canalisation d'alimentation en plastique. Les systèmes actuels nécessitent donc d'effectuer une temporisation, plus ou moins longue, avant de déclencher la purge, ce qui peut devenir problématique par températures froides, les parties non exposées à la chaleur de la canalisation risquant alors de geler. Enfin, l'aspiration des gaz d'échappement par l'injecteur engendre des problématiques de propreté, qui pourraient provoquer des disfonctionnements de l'injecteur. Pour remédier à ces inconvénients on a proposé dans le document EP-B1-1.836.379 un dispositif de purge susceptible de forcer la circulation d'un gaz de purge à travers toute la ligne d'injection de l'injecteur vers le réservoir, le gaz de purge étant constitué par les gaz d'échappement du moteur. Cette solution requiert un contrôle ou une régulation de température des gaz d'échappement pour éviter la fonte de la canalisation, ainsi qu'un maintien de la température de l'additif urique dans une fourchette donnée tant que la pompe fonctionne. Cette solution n'élimine pas les problèmes liés à la propreté de l'injecteur. On a aussi proposé dans le document EP-B1-2.201.227 d'attendre un minimum de temps après l'arrêt du moteur, avant de purger la canalisation. Ce document propose un compteur qui permet la mise en marche de la pompe au bout d'une durée prédéterminée et/ou après que la pression soit descendue en dessous d'une valeur de référence, et qui permet l'ouverture et la fermeture du dispositif d'aspiration. Le dispositif d'aspiration permet d'aspirer les gaz d'échappement qui sont situés près de l'injecteur et éventuellement de les aspirer en les mélangeant avec l'air issu d'une vanne placée au plus près de l'injecteur. Cette solution n'élimine pas les problèmes liés à la temporisation de la purge, ni ceux relatifs à la propreté de l'injecteur. Pour remédier à ces inconvénients, l'invention propose de de positionner un clapet de tirage au vide au plus près de l'injecteur, par lequel on effectue la purge, l'injecteur étant maintenu fermé. Le clapet permet d'aspirer uniquement de l'air ambiant, au lieu des gaz d'échappement et élimine donc les risques liés à la propreté du gaz aspiré, tout comme les problèmes de température. Le clapet est ouvert uniquement en phase de purge et est fermé en phase d'alimentation. Dans ce but, l'invention propose un système d'échappement du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le dispositif d'injection d'urée comporte un clapet dit "de tirage au vide" qui est agencé dans la canalisation, en amont et à proximité immédiate de l'injecteur, et en ce que le moyen de commande est apte à déterminer : - la fermeture dudit clapet dans les premier et deuxième modes, et - l'ouverture dudit clapet dans le troisième mode d'aspiration pour permettre une aspiration rapide d'air et de l'urée résiduelle au moins contenue dans la canalisation d'alimentation par la pompe, et la fermeture de l'injecteur pour éviter toute aspiration de gaz en provenance de l'organe de traitement. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le dispositif d'injection d'urée comporte de surcroît au moins une portion de canalisation formant venturi qui est agencée 30 en amont à proximité immédiate du clapet pour favoriser l'aspiration de l'urée résiduelle contenue dans l'injecteur, - l'ouverture ou la fermeture du clapet de tirage au vide est provoquée par une chute de pression déterminée dans la canalisation lorsque que la pompe est commandée en aspiration par le moyen de commande, - la chute de pression déterminée correspond à l'apparition d'une dépression dans la canalisation, - le clapet comporte au moins une chambre de tirage au vide qui comporte une première extrémité débouchant dans la canalisation, une seconde extrémité débouchant à l'air libre, et un moyen de soupape, interposé entre les première et seconde extrémités, qui comporte une soupape rappelée élastiquement à l'encontre de la pression atmosphérique contre un siège de soupape associé, - le siège de soupape est un siège tronconique agencé sur un épaulement interne de la chambre et la soupape rappelée élastiquement est constituée d'une bille rappelée par un ressort hélicoïdal prenant appui dans ladite chambre, - l'extrémité de la canalisation est conformée en tubulure présentant la forme d'un "T" comportant une branche principale recevant l'injecteur, une première branche transversale qui comporte la chambre de tirage au vide et une seconde branche transversale qui comporte la portion de canalisation formant venturi et qui est reliée à la pompe, - l'injecteur est incliné d'un angle déterminé dans l'organe de traitement des gaz pour favoriser la diffusion de l'urée, - le réservoir est relié à au moins un conduit de remplissage et un conduit de mise à l'air. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue d'ensemble en perspective d'un système d'échappement selon un état antérieur de la technique ; - la figure 2 est une vue de détail en coupe à proximité de l'injecteur du système d'échappement de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de détail en coupe à proximité de l'injecteur d'un système d'échappement selon l'invention. On a représenté à la figure 1 un système d'échappement 10 pour un véhicule automobile réalisé conformément à un état antérieur de la technique. De manière connue, le système 10 comporte au moins une ligne d'échappement 12 agencée en aval d'un moteur thermique (non représenté) de véhicule automobile. La ligne d'échappement 12 comporte au moins un organe 14 de traitement des gaz comportant un catalyseur et un dispositif d'injection 16 d'urée apte à injecter sélectivement de l'urée dans ledit organe 14 de traitement. Plus particulièrement, comme l'illustre la figure 1, le dispositif d'injection 16 d'urée comporte au moins, d'amont en aval un réservoir d'urée 18, une pompe 20 qui est par exemple agencée au fond du réservoir 18, une canalisation d'alimentation 22, et un injecteur 24 commandé qui traverse une paroi 26 de l'organe 14 de traitement des gaz. Le dispositif d'injection comporte par ailleurs un moyen de commande (non représenté) qui commande au moins la pompe 20 et l'injecteur 24.De manière connue, le moyen de commande est susceptible de déterminer au moins un premier mode de fonctionnement du dispositif 16 dit mode de pompage dans lequel la pompe 20 alimente la canalisation 22 et l'injecteur 24 en urée, l'injecteur étant ouvert, pour alimenter le catalyseur en urée 14. Selon ce premier mode de pompage, l'alimentation de l'injecteur 24 en urée permet d'améliorer la réaction de catalyse qui se produit dans le catalyseur interne à l'organe 14, en dégradant l'urée en ammoniaque de manière que celle-ci permette 30 une élimination des oxydes d'azote ou NOx contenus dans les gaz d'échappement. Le moyen de commande est susceptible de déterminer un deuxième mode dit d'arrêt dans lequel la pompe 20 est arrêtée et l'injecteur 24 est fermé. Cette configuration correspond par exemple à un arrêt de courte durée du véhicule. Enfin, le moyen de commande est susceptible de déterminer un troisième mode d'aspiration dans lequel la pompe 20 aspire l'urée résiduelle contenue dans la canalisation 22 et l'injecteur 24 pour la refouler dans le réservoir 18. Ce mode de fonctionnement est par exemple associé à des arrêts de longue durée du véhicule par temps froid, au cours desquels il existe un risque potentiel de gel de l'urée contenue dans la canalisation 22 et l'injecteur 24, gel qui pourrait entraîner au moins le blocage du système voire la destruction de la canalisation 22 suite à un éclatement causé par le gel de l'urée. Conventionnellement, comme l'illustre ici la figure 2, la purge de la canalisation 22 ne peut se faire correctement et en quantité suffisante si l'injecteur 24 reste fermé. Or, on a constaté que du fait des dimensions réduites "e" de l'orifice 25 de l'injecteur 24 qui est calibré de manière à garantir une pulvérisation de bonne qualité de l'urée dans le premier mode de fonctionnement, l'aspiration en phase de purge était alors soumise à une perte de charge importante. La pompe 20 peut en effet, du fait de la dépression régnant dans la canalisation, peiner à aspirer l'urée résiduelle. Les systèmes d'échappement actuels nécessitent donc un temps de purge qui présente l'inconvénient d'être élevé, et qui présente de plus l'inconvénient d'entraîner une consommation électrique importante, d'autant plus préjudiciable au véhicule qu'elle est effectuée moteur arrêté et que la batterie ne peut, de ce fait, pas être rechargée par le véhicule. Par ailleurs un autre problème concerne l'ouverture de l'injecteur. En effet, la canalisation est généralement réalisée en un matériau plastique. Comme l'illustre la figure 1, le déclenchement d'une phase de purge immédiatement après un fonctionnement du véhicule risque de conduire l'injecteur à aspirer des gaz "G" d'échappement trop chauds qui pourraient faire fondre la canalisation d'alimentation 22 en plastique, surtout du côté 23 de la canalisation 22 qui est proche de l'injecteur 24. Il est donc nécessaire de différer l'aspiration après l'arrêt du véhicule afin de permettre le refroidissement des gaz d'échappement. Toutefois, par temps froid, cette aspiration ne peut être différée trop longtemps sous peine de risquer de voir l'urée geler du côté 25 de la canalisation 22 qui est relié au réservoir 18, et qui est soumis directement aux conditions climatiques. Enfin, l'aspiration des gaz d'échappement par l'injecteur 24 engendre des problématiques de propreté, qui pourraient à terme provoquer des dysfonctionnements de l'injecteur 24. L'invention remédie à ces inconvénients en proposant un 15 système d'échappement susceptible de fonctionner selon un troisième mode dit d'aspiration dans lequel la pompe aspire l'urée alors que l'injecteur est fermé. Dans ce but, comme l'illustre la figure 3, l'invention propose un système d'échappement 10 du type décrit précité 20 caractérisé en ce que le dispositif 16 d'injection d'urée comporte un clapet 28 dit "de tirage au vide" qui est agencé dans la canalisation 22, en amont et à proximité immédiate de l'injecteur 24, et en ce que le moyen de commande est apte à déterminer : - la fermeture dudit clapet 28 dans les premier et deuxième 25 modes, et - l'ouverture dudit clapet 28 dans le troisième mode d'aspiration pour permettre une aspiration rapide d'air extérieur "E" et de l'urée "U" résiduelle au moins contenue dans la canalisation 22 d'alimentation par la pompe 20, et la fermeture de 30 l'injecteur 24 pour éviter toute aspiration de gaz "G" en provenance de l'organe de traitement 14. Ainsi, le clapet 28 débouche à l'extérieur de l'organe d'échappement. Le clapet 28 est fermé dans les premier et deuxième modes et il est ouvert dans le troisième mode d'aspiration pour permettre une aspiration rapide d'air extérieur "E" mélangé à l'urée "U" résiduelle au moins contenue dans la canalisation 22 d'alimentation de la pompe, l'injecteur 24 étant fermé. Cette configuration est particulièrement avantageuse car l'injecteur 24 peut demeurer complètement fermé pendant le troisième mode d'aspiration. De ce fait, il n'est pas aspiré de gaz "G" d'échappement pendant cette phase, ce qui évite les risques de fonte de la canalisation 22. Il n'est donc pas nécessaire de différer l'aspiration, ce qui permet d'éliminer les risques de gel de la canalisation 22 du côté de son extrémité 25 la plus éloignée de l'organe 14. Enfin, un avantage supplémentaire de cette conception est 15 que l'aspiration d'air "E" et d'urée "U" mélangés permet de réaliser une aspiration à pression constante, ce qui permet de réaliser ladite aspiration très rapidement. Avantageusement, pour permettre de surcroît l'aspiration de l'urée résiduelle contenue dans l'injecteur 24, le dispositif 16 20 d'injection d'urée comporte au moins une portion 30 de canalisation formant venturi qui est agencée en amont à proximité immédiate du clapet 28 pour favoriser l'aspiration de l'urée résiduelle contenue dans l'injecteur 24. L'ouverture du clapet 28 pourrait être commandée 25 directement par le moyen de commande, par exemple dans le cas où le clapet 28 serait un clapet de type électrovanne. Toutefois, dans le mode de réalisation préféré de l'invention l'ouverture ou la fermeture du clapet 28 de tirage au vide est provoquée par une chute de pression déterminée 24 dans 30 la canalisation 22, elle-même provoquée indirectement par le fonctionnement de la pompe, commandée en aspiration par le moyen de commande. Ainsi, la chute de pression déterminée correspond à l'apparition d'une dépression dans la canalisation 22, c'est-à-dire une pression inférieure à la pression atmosphérique. Dans le cas contraire le clapet 28 est fermé. Cette configuration permet de présenter un système 10 se dispensant d'un moyen de commande complexe du clapet de tirage au vide 28. A cet effet, comme l'illustre la figure 3, le clapet 28 comporte au moins une chambre 32 de tirage au vide qui comporte une première extrémité 34 débouchant dans la canalisation 22, une seconde extrémité 36 débouchant dans à l'air libre, et un moyen de soupape 38, interposé entre les première et seconde extrémités 34, 36, qui comporte une soupape rappelée élastiquement à l'encontre de la pression atmosphérique contre un siège de soupape associé. Plus particulièrement, le siège de soupape est un siège tronconique 40 agencé sur un épaulement interne de la chambre et la soupape rappelée élastiquement est constituée d'une bille 42 rappelée par un ressort hélicoïdal 44 prenant appui dans ladite chambre 32. Pour permettre une réalisation aisée du clapet 28 de tirage au vide, l'extrémité 23 de la canalisation 22 est conformée en tubulure présentant la forme d'un "T" comportant une branche principale 46 recevant l'injecteur 24, une première branche transversale qui comporte la chambre 32 de tirage au vide et une seconde branche transversale qui comporte la portion 30 de canalisation formant venturi et qui est reliée à la pompe 18. Le clapet de tirage au vide 24 peut ainsi être intégré à la canalisation 22. Il est en effet plus facile de disposer le clapet 28 sur la canalisation 22, plutôt que sur l'injecteur 24. On remarquera avantageusement que l'injecteur 24 est incliné d'un angle "u" déterminé dans l'organe 14 de traitement des gaz pour favoriser la diffusion de l'urée. Enfin, comme l'illustre la figure 1, on remarquera aussi que le réservoir 18 est relié à au moins un conduit 48 de remplissage et un conduit 50 de mise à l'air, ce dernier permettant notamment de refouler l'air contenu dans le réservoir lors du remplissage du réservoir 18 ou lors de la purge du conduit 22 et de l'injecteur 24. Par rapport à un système conventionnel, l'ajout du clapet 10 28 permet de manière simple et avantageuse de garder l'injecteur fermé 24 et d'éviter ainsi son encrassement, de réduire le temps de purge en ajustant la perte de charge et le tarage du clapet 24, de supprimer le temps d'attente pour réaliser cette purge, et donc finalement de réduire la consommation électrique durant cette 15 opération. REVENDICATIONS1. Système (10) d'échappement pour un véhicule automobile comportant au moins une ligne d'échappement (12) agencée en aval d'un moteur thermique de véhicule automobile 5 qui comporte au moins un organe (14) de traitement des gaz comportant un catalyseur et un dispositif (16) d'injection d'urée apte à injecter sélectivement de l'urée dans ledit organe (14) de traitement, ledit dispositif d'injection (16) d'urée comportant au moins d'amont en aval un réservoir d'urée (18), une pompe (20), 10 une canalisation d'alimentation (22), et un injecteur (24) commandé qui traverse une paroi (26) de l'organe (14) de traitement des gaz et un moyen de commande qui est apte à déterminer au moins : - un premier mode dit de pompage dans lequel la pompe 15 (20) alimente la canalisation et l'injecteur (24) en urée, l'injecteur (24) étant ouvert, pour alimenter le catalyseur en urée, - un deuxième mode dit d'arrêt dans lequel la pompe (20) est arrêtée et l'injecteur (24) est fermé, et - un troisième mode dit d'aspiration dans lequel la pompe 20 (24) aspire l'urée résiduelle contenue dans la canalisation (22) et l'injecteur (24) pour la refouler dans le réservoir (18), caractérisé en ce que le dispositif (16) d'injection d'urée comporte un clapet (28) dit "de tirage au vide" qui est agencé dans la canalisation d'alimentation (22), en amont et à proximité 25 immédiate de l'injecteur (24), et en ce que le moyen de commande est apte à déterminer : - la fermeture dudit clapet (28) dans les premier et deuxième modes, et - l'ouverture dudit clapet (28) dans le troisième mode 30 d'aspiration pour permettre une aspiration rapide d'air extérieur et de l'urée résiduelle au moins contenue dans la canalisation (22) d'alimentation par la pompe (20), et la fermeture de l'injecteur(24) pour éviter toute aspiration de gaz en provenance de l'organe de traitement (14). 2. Système (10) d'échappement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif (16) d'injection d'urée comporte de surcroît au moins une portion (30) de canalisation formant venturi qui est agencée en amont à proximité immédiate du clapet (28) pour favoriser l'aspiration de l'urée résiduelle contenue dans l'injecteur (24). 3. Système (10) d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ouverture ou la fermeture du clapet (28) de tirage au vide est provoquée par une chute de pression déterminée (24) dans la canalisation (22) lorsque que la pompe est commandée en aspiration par le moyen de commande. 4. Système (10) d'échappement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la chute de pression correspond à l'apparition d'une dépression dans la canalisation (22). 5. Système (10) d'échappement selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le clapet (28) comporte au moins une chambre (32) de tirage au vide qui comporte une première extrémité (34) débouchant dans la canalisation, une seconde extrémité (36) débouchant à l'air libre, et un moyen (38) de soupape, interposé entre les première et seconde extrémités (34, 36), qui comporte une soupape rappelée élastiquement à l'encontre de la pression atmosphérique contre un siège de soupape associé. 6. Système (10) d'échappement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le siège de soupape est un siège tronconique (40) agencé sur un épaulement interne de la chambre et en ce que la soupape rappelée élastiquement est constituée d'une bille (42) rappelée par un ressort hélicoïdal (44) prenant appui dans ladite chambre (32). 7. Système d'échappement (10) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'extrémité (23) de la canalisation (22) est conformée en tubulure présentant la forme d'un "T" comportant une branche principale (46) recevant l'injecteur (24), une première branche transversale qui comporte la chambre (32) de tirage au vide et une seconde branche transversale qui comporte la portion (30) de canalisation formant venturi et qui est reliée à la pompe (18). 8. Système d'échappement (10) selon l'une quelconque 10 des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'injecteur (24) est incliné d'un angle (a) déterminé dans l'organe (14) de traitement des gaz pour favoriser la diffusion de l'urée. 9. Système d'échappement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le 15 réservoir (18) est relié à au moins un conduit de remplissage et un conduit de mise à l'air.