Brevet FR3004659A1 — publié le 20141024

VEHICULE EQUIPE D'UNE BOUCLE DE CLIMATISATION, D'UN GROUPE MOTOPROPULSEUR ET D'UN SYSTEME D'INJECTION D'UN LIQUIDE [0001] L'invention porte sur un véhicule équipé d'une boucle de climatisation, d'un groupe motopropulseur et d'un système d'injection de liquide. [0002] Plus particulièrement, le liquide peut être utilisé en tant qu'agent de dépollution destiné à être introduit en dose prédéfinie dans un composant qui peut être une ligne d'échappement d'un véhicule automobile équipé d'un groupe motopropulseur comprenant au moins un moteur thermique. Dans ce qui va suivre, il sera donc pris comme exemple de domaine d'application de l'invention un procédé de dépollution une réduction catalytique sélective, autrement appelée SCR, pour l'acronyme de l'expression anglaise « Selective Catalytic Reduction », ce procédé de réduction effectuant le traitement par réduction des oxydes d'azote NOx présents dans la ligne d'échappement du moteur thermique d'un véhicule automobile. Ce traitement est fait par injections successives de doses d'un réactif réducteur dans la ligne d'échappement. L'agent réducteur est le plus souvent de l'ammoniac, que l'on peut stocker dans un réservoir dans le véhicule sous forme d'un précurseur d'ammoniac en phase liquide comme de l'urée en phase aqueuse. [0003] Un système d'injection d'urée en phase aqueuse dans une ligne d'échappement de moteur (pour prendre cet exemple par soucis de concision) comprend généralement un réservoir stockant l'urée et une conduite destinée à amener l'urée depuis le réservoir jusqu'à la ligne d'échappement. Une première extrémité de la conduite raccorde le réservoir à une pompe, et l'autre extrémité de la conduite est raccordée à un injecteur débouchant dans la ligne d'échappement. [0004] On prévoit généralement des moyens de chauffage du réservoir, qui sont activés quand la température ambiante descend en dessous d'un certain seuil pour éviter que l'urée ne gèle, ou pour dégeler l'urée si celle-ci est au moins partiellement gelée, et ainsi permettre de ne pas rompre l'alimentation en urée de la ligne d'échappement. [0005] Mais il est également nécessaire de veiller à ce que l'urée ne dépasse pas une certaine température à l'entrée de l'injecteur, pour éviter que l'urée ne se décompose de façon prématurée dans ou au voisinage de l'injecteur. En effet, l'injecteur est déjà soumis à de fortes sollicitations thermiques, de par sa proximité immédiate avec la ligne d'échappement qui véhicule des gaz d'échappement dont la température peut dépasser 300°C, la chaleur des gaz d'échappement lui étant transmise par l'intermédiaire, notamment, de son support en contact avec la paroi de la ligne et qui peut être conducteur thermique. Si, en outre, l'injecteur est alimenté par un liquide trop chaud, avec décomposition au moins partielle de l'urée dans le corps de l'injecteur en composants corrosifs, celui-ci tend à vieillir prématurément, avec deux inconvénients. D'une part, on peut être amené à devoir le remplacer plus souvent, donc à diminuer l'autonomie du système d'injection dans son ensemble. D'autre part, sa dégradation peut entraîner, avant son remplacement, une détérioration de la précision de la quantité d'urée injectée dans la ligne d'échappement, et donc un risque de détérioration des performances de dépollution attendues. [0006] Il a déjà été envisagé des solutions pour éviter l'échauffement excessif d'urée en phase liquide, notamment celles décrites dans les documents EP- 0 975 417 et EP- 2 268 905, mais qui nécessitent des modifications sensibles dans l'architecture du système d'injection et des organes supplémentaires, compliquant donc leur mise en oeuvre. [0007] L'invention a alors pour but une conception améliorée, mais restant simple de réalisation et de mise en oeuvre, de tels systèmes d'injection, notamment pour assurer une meilleure régulation de la température du liquide à injecter et/ou une durée de vie allongée de l'injecteur. [0008] L'invention a tout d'abord pour objet un véhicule, notamment automobile, équipé d'une boucle de climatisation, d'un groupe motopropulseur et d'un système d'injection d'un liquide dans un composant dudit groupe motopropulseur, ledit système d'injection comprenant un réservoir, une conduite d'injection assurant la connexion fluidique du réservoir avec le composant et débouchant dans ledit composant par un injecteur, tel qu'au moins une portion de la conduite d'injection comporte une surface d'échange thermique avec une conduite dite froide appartenant à ladite boucle de climatisation. [0009] L'invention propose ainsi de contrôler la température du liquide avant qu'il n'entre dans l'injecteur, et de le refroidir s'il dépasse une température seuil au-delà de laquelle il peut devenir instable et détériorer l'injecteur, et ceci en exploitant des composants déjà présents dans le véhicule, à savoir le système de climatisation de l'habitacle du véhicule. Il s'est avéré qu'exploiter une portion froide du système de climatisation pour, en cas de besoin, refroidir le liquide localement dans la conduite était très efficace. Il est en effet nettement plus efficace de refroidir si nécessaire une portion limitée de conduite, que, par exemple, d'envisager de refroidir toute la conduite ou tout le réservoir. Cette solution est peu gourmande énergétiquement, et elle ne nécessite pas des moyens de refroidissement dédiés, puisqu'elle exploite un moyen de refroidissement déjà présent dans le véhicule pour assurer sa climatisation. Il s'est en outre avéré que prélever ainsi une petite portion de capacité de refroidissement au système de climatisation, ponctuellement, ne dégradait sensiblement pas ses performances de climatisation propres. Le liquide, dont la température peut ainsi être régulée en entrée d'injecteur, ne se décompose donc pas prématurément dans l'injecteur et permet de contribuer au refroidissement de l'injecteur lui-même si nécessaire. [0010] Selon un mode de réalisation préféré, le composant est une ligne d'échappement et le liquide comprend un précurseur d'agent réducteur, notamment vis-à-vis des NOx, du type urée en phase aqueuse. [0011] De préférence, la portion de canalisation d'injection est disposée au voisinage de l'injecteur. En effet, plus on refroidit au plus proche de l'entrée de l'injecteur, plus le refroidissement est efficace, car plus on évite que le liquide s'échauffe à nouveau avant d'entrer dans l'injecteur. [0012] Avantageusement, des moyens de fermeture commandables, du type électrovannes, sont disposés entre la conduite froide de la boucle de climatisation et le reste de la boucle de climatisation. On a ainsi les moyens, selon que les vannes sont en position d'ouverture ou de fermeture, de refroidir effectivement ou pas la portion de conduite d'injection, selon la température du liquide. [0013] La conduite froide comprend de préférence une partie de conduite entourant la portion de conduite d'injection, notamment sous forme d'un enroulement de spires (du type serpentin) ou d'une gaine, ou de tout autre forme/réalisation permettant de favoriser les échanges thermiques entre la portion de conduite d'injection à refroidir et la conduite froide. [0014] De préférence, on peut aussi prévoir un autre moyen de fermeture commandable du type électrovanne, disposé dans la conduite d'injection entre la portion de conduite d'injection en échange thermique avec la conduite froide et l'injecteur. La fermeture de cette vanne va notamment permettre d'éviter la stagnation de liquide dans l'injecteur quand le moteur est à l'arrêt, comme détaillé plus loin. [0015] Avantageusement, au moins un de ces moyens de fermeture commandables est piloté par des moyens informatiques/électroniques, notamment intégrés au boîtier de commande du système d'injection. On exploite ainsi le boîtier de commande existant pour mettre en oeuvre l'invention. [0016] L'invention a également pour objet un procédé d'injection d'un liquide dans un composant d'un groupe motopropulseur d'un véhicule, notamment automobile, équipé d'une boucle de climatisation, l'injection étant réalisée à l'aide d'un système d'injection comprenant un réservoir et une conduite d'injection assurant la connexion fluidique du réservoir avec le composant et débouchant dans ledit composant par un injecteur. Le procédé est tel qu'on régule la température de l'agent liquide sur une portion de conduite d'injection par échange thermique de ladite portion de conduite d'injection avec une conduite dite froide appartenant à ladite boucle de climatisation. [0017] Selon l'invention, on peut piloter la connexion fluidique ou la fermeture de la conduite froide par rapport au reste de la boucle de climatisation par des moyens de fermeture de conduite commandables du type électrovanne(s). [0018] On peut ainsi actionner/maintenir : - en position de fermeture les moyens de fermeture commandables quand la température du liquide circulant dans la portion de conduite d'injection est estimée ou mesurée égale ou inférieure à un seuil de température donné, et - en position d'ouverture lesdits moyens quand la température de l'agent liquide circulant dans la portion de conduite d'injection est estimée ou mesurée supérieure à un seuil de température donné. [0019] La température du liquide circulant dans la portion de conduite d'injection peut être estimée à partir de la mesure ou de l'estimation de la température des gaz d'échappement circulant dans la ligne d'échappement. On peut notamment utiliser les données fournies par un capteur de température généralement présent dans la ligne d'échappement, puis, partant de ces mesures, estimer la température de l'injecteur et « remonter » à la température de la conduite d'injection juste en amont de l'injecteur (amont et aval sont à comprendre en fonction de la direction générale d'écoulement du liquide dans la conduite d'injection). [0020] On peut aussi piloter un moyen de fermeture commandable du type électrovanne disposé dans la conduite d'injection entre la portion de conduite d'injection en échange thermique avec la conduite froide et l'injecteur en fonction de l'activité du moteur thermique du groupe motopropulseur. Il a en effet été observé que, lors des purges du système, à l'arrêt du moteur thermique, il pouvait rester du liquide dans la conduite d'injection, mais pas ou quasiment pas dans l'injecteur. Avoir un moyen de fermeture de conduite dans la conduite d'injection près de l'injecteur permet d'empêcher le liquide restant dans la conduite de parvenir à l'injecteur quand le moteur thermique est à l'arrêt. [0021] On peut ainsi : - actionner/maintenir en position d'ouverture le moyen de fermeture commandable de la conduite d'injection en position d'ouverture quand le moteur thermique fonctionne, - actionner/maintenir en position de fermeture le moyen de fermeture commandable de la conduite d'injection quand le moteur thermique est à l'arrêt (arrêt complet ou arrêt momentané, notamment quand le moteur est équipé d'un dispositif d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique, dispositif connu sous l'appellation anglaise « Stop & Start »). [0022] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un exemple de réalisation non limitatif décliné en deux variantes, accompagné de dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue simplifiée du système d'injection d'urée en phase aqueuse pour la réduction catalytique des NOx des gaz d'échappement d'un moteur thermique d'un véhicule automobile selon une première variante, - la figure 2 est une vue simplifiée du système d'injection d'urée en phase aqueuse pour la réduction catalytique des NOx des gaz d'échappement d'un moteur thermique d'un véhicule automobile selon une deuxième variante. [0023] Toutes ces figures sont volontairement très schématiques, et ne sont pas nécessairement à l'échelle pour en simplifier la lecture. Seuls les composants intéressant plus particulièrement l'invention sont en outre représentés. Les mêmes références désignent les mêmes composants d'une figure à l'autre. [0024] La figure 1 illustre une première variante d'un système d'injection 1, avec un réservoir 2 contenant l'urée en phase aqueuse (ci-après désigné « urée » par soucis de concision), une pompe 3 pour l'alimentation en urée d'une ligne d'échappement, symbolisée par la lettre L, d'un véhicule à moteur thermique. L'alimentation est faite par une conduite 4 dont une première extrémité est raccordée au réservoir 2 via la pompe 3 et la seconde extrémité est raccordée à un injecteur 5 débouchant dans la ligne d'échappement L. [0025] Optionnellement, un élément de chauffe non représenté peut être prévu dans le réservoir 2. De même, un capteur de température peut être prévu dans le réservoir 1 pour mesurer la température de l'urée qu'il contient. Une jauge d'urée liquide peut aussi être avantageusement prévue dans le réservoir 2. [0026] De manière optionnelle, un accumulateur d'urée 6 peut être raccordé à la conduite 4, en étant disposé entre la pompe 3 et l'injecteur 5. Cet accumulateur sert alors au stockage temporaire d'une dose d'urée liquide en présentant une contenance plus faible que le réservoir 2, la contenance de l'accumulateur équivalant sensiblement à une dose d'urée à injecter dans la ligne d'échappement à intervalles de temps réguliers (ou non réguliers en fonction des besoins). Le système d'injection peut aussi disposer aussi d'un capteur de pression qui mesure la pression régnant dans la conduite 4. [0027] L'invention est partie de l'analyse de l'origine de certaines dégradations prématurées de l'injecteur 5, qui se sont avérées être dues à l'échauffement excessif subi par l'injecteur, notamment par un apport de chaleur provenant de la ligne d'échappement via le support d'injecteur, appelé aussi porte-injecteur. La dégradation de l'injecteur est en outre accélérée par le fait que l'urée, montée à haute température, pouvait se dégrader dans l'injecteur en sous-produits corrosifs accélérant la détérioration de l'injecteur. [0028] On a donc cherché à maintenir en dessous d'une certaine température l'urée entrant dans l'injecteur, de façon à la fois à refroidir au besoin l'urée, et, de fait, refroidir aussi l'injecteur quand l'urée rentre dans l'injecteur. [0029] L'invention propose, au lieu d'ajouter des moyens de refroidissement dédiés, d'utiliser la boucle de climatisation existante du véhicule 7, en exploitant une portion de conduite froide 8 de ladite boucle pour ne refroidir qu'une (petite) portion 4a de la conduite d'injection, si possible au plus près de l'injecteur 5. La conduite froide 8 véhicule un liquide frigorigène dont la température est aux environs de - 5°C par exemple, de façon connue dans les boucles de climatisation de véhicule. [0030] On peut connecter fluidiquement ou pas la conduite froide 8 au reste de la boucle de climatisation 7 par des moyens de connexion sous forme de deux électrovannes 9,10, qui délimitent une boucle et qui sont pilotées par le calculateur (non représenté) du système d'injection 1. Une portion 8a de cette conduite froide se présente sous forme d'un serpentin venant entourer la portion 4a de la conduite d'injection 4 à refroidir. [0031] On procède de la façon suivante : le capteur de température (non représenté) qui équipe la ligne d'échappement L au voisinage de l'injecteur 5 remonte la valeur de température mesurée au calculateur du système d'injection périodiquement. A partir de cette mesure, est estimée la température T de l'urée en amont de l'injecteur ou de l'intérieur de l'injecteur. Ensuite, trois cas de vie peuvent se présenter : - si la valeur T est inférieure à une première température seuil Il, par exemple de 175°C, l'injection d'urée dans la ligne d'échappement L n'est pas autorisée, et le calculateur commande la fermeture ou le maintien en fermeture des vannes 9,10, la boucle de climatisation ne participe pas au refroidissement de la conduite d'injection (en attente de la remontée en température), - si la température T est comprise entre la même première température seuil Il et une deuxième température seuil 12, par exemple de 275°C, la température de l'urée est optimale, et le calculateur commande la fermeture ou le maintien en fermeture des vannes 9,10, la boucle de climatisation ne participe pas au refroidissement de la conduite d'injection (inutile, pas d'échauffement excessif de l'urée), - si la température T dépasse la deuxième température seuil 12, elle risque de provoquer la décomposition de l'urée, le calculateur commande l'ouverture ou le maintien en ouverture des vannes 9,10, de façon à ce que la conduite froide vienne refroidir la portion de conduite 4a aussi longtemps que la température T n'est pas redescendue en deçà de 12. [0032] La figure 2 est une variante de la figure 1 : toutes choses égales par ailleurs, il a été ajouté une troisième électrovanne 11, dont le fonctionnement en ouverture ou en fermeture est également piloté par le calculateur du système d'injection 1, et qui est utilisée notamment lors des purges du système d'injection. Il avait été observé que lors de ces purges, à l'arrêt du moteur thermique, il restait de l'urée dans la conduite d'injection 4. L'urée qui reste dans la conduite peut, dans certains cas, évoluer dans la conduite et finalement atteindre l'injecteur 5, ce que l'électrovanne supplémentaire 11, en amont de l'injecteur 5, permet d'empêcher. [0033] La stratégie d'activation de l'électrovanne 11 est la suivante : - quand le moteur thermique fonctionne, le calculateur maintient l'électrovanne 11 en position d'ouverture, - quand le moteur thermique est à l'arrêt (ou en état d'arrêt/démarrage automatique du type Stop and Start), lors de la purge, le calculateur commande le maintien de l'ouverture de l'électrovanne 11 pendant un court laps de temps (de l'ordre de 1 à quelques secondes, par exemple 2 secondes) puis commande sa fermeture. Il commande également l'arrêt de la pompe qui, de façon connue, avait été activée pour la purge de façon non pas à alimenter en urée l'injecteur 5 depuis le réservoir 1, mais à aspirer l'urée dans la conduite 4 vers le réservoir 1. [0034] Cette façon de procéder permet de limiter le temps d'activation de la pompe lors des purges : en effet, cette stratégie revient à ne purger que l'urée restant dans l'injecteur 5, et pas l'ensemble de l'urée restant dans la canalisation d'injection 4 lors des arrêts des moteurs. On peut allonger ainsi la durée de vie des pompes, tout en contribuant à augmenter celle de l'injecteur. A noter que cette stratégie de purge peut s'appliquer aussi indépendamment du refroidissement de la conduite d'injection par la boucle d'injection, la vanne 11 étant alors disposée sur la conduite 4 au voisinage de l'injecteur, même quand la conduite est dépourvue de zone refroidie 4a. REVENDICATIONS1. Véhicule, notamment automobile, équipé d'une boucle de climatisation (7), d'un groupe motopropulseur et d'un système d'injection (1) d'un liquide dans un composant dudit groupe motopropulseur, ledit système d'injection comprenant un réservoir (2), une conduite d'injection (4) assurant la connexion fluidique du réservoir avec le composant et débouchant dans ledit composant par un injecteur (5), caractérisé en ce qu'au moins une portion (4a) de la conduite d'injection comporte une surface d'échange thermique avec une conduite dite froide (8) appartenant à ladite boucle de climatisation (7). 2. Véhicule selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le composant est une ligne d'échappement (L) et en ce que le liquide comprend un précurseur d'agent réducteur, notamment vis-à-vis des NOx, du type urée en phase 15 aqueuse. 3. Véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la portion de canalisation d'injection (4a) est disposée au voisinage de l'injecteur (5). 20 4. Véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce des moyens de fermeture commandables (9,10), du type électrovannes, sont disposés entre la conduite froide (8) de la boucle de climatisation (7) et le reste de la boucle de climatisation (7). 25 5. Véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la conduite froide (8) comprend une partie de conduite (8a) entourant la portion de conduite d'injection (4a), notamment sous forme d'un enroulement de spires ou d'une gaine. 30 6. Véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un moyen de fermeture commandable (11) du type électrovanne est disposé dans la conduite d'injection (4) entre la portion de conduite d'injection (4a) en échange thermique avec la conduite froide (8) et l'injecteur (5). 7. Procédé d'injection d'un liquide dans un composant d'un groupe motopropulseur d'un véhicule, notamment automobile, équipé d'une boucle de climatisation (7), l'injection étant réalisée à l'aide d'un système d'injection (1) comprenant un réservoir (2) et une conduite d'injection (4) assurant la connexion fluidique du réservoir (1) avec le composant et débouchant dans ledit composant par un injecteur (5), caractérisé en ce qu'on régule la température du liquide sur une portion de conduite d'injection (4a) par échange thermique de ladite portion de conduite d'injection avec une conduite dite froide (8) appartenant à ladite boucle de climatisation (7). 8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on pilote la connexion fluidique ou la fermeture de la conduite froide par rapport au reste de la boucle de climatisation par des moyens de fermeture de conduite commandables (9,10) du type électrovanne(s). 9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on actionne/maintient en position de fermeture les moyens de fermeture commandables (9,10) quand la température du liquide circulant dans la portion de conduite d'injection (4a) est estimée ou mesurée égale ou inférieure à un seuil de température donné, et en ce qu'on actionne/maintient en position d'ouverture lesdits moyens quand la température du liquide circulant dans la portion de conduite d'injection (4a) est estimée ou mesurée supérieure à un seuil de température donné. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'on pilote un moyen de fermeture commandable (11) du type électrovanne disposé dans la conduite d'injection (4) entre la portion de conduite d'injection (4a) en échange thermique avec la conduite froide (8) et l'injecteur (5) en fonction de l'activité du moteur thermique du groupe motopropulseur.30