Brevet FR3004217A1 — publié le 20141010

RESERVOIR DE STOCKAGE DE LIQUIDE D'UN VEHICULE [0001] L'invention est relative aux réservoirs de stockage de liquide d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile. Elle s'intéresse plus particulièrement aux réservoirs de stockage de liquide comprenant un ou des réactifs destinés à alimenter des dispositifs de dépollution des gaz d'échappement d'un véhicule. [0002] Il peut s'agir, notamment, d'un dispositif de réduction catalytique sélective (dite « SCR » en anglais pour « Selective Catalytic Reduction ») des oxydes d'azote, dispositif dont le principe de fonctionnement repose sur l'introduction dans les gaz d'échappement à dépolluer d'un agent réducteur ou d'un précurseur d'un tel agent réducteur. Il s'agit notamment d'une solution aqueuse d'urée précurseur d'ammoniac. [0003] Le liquide contenu dans les réservoirs de véhicule automobile est susceptible de geler, ou tout au moins de voir sa viscosité augmenter significativement en dessous d'une certaine température. C'est le cas des solutions aqueuses d'urée, qui tendent à geler quand la température ambiante est négative. Une première solution pour éviter le gel du liquide et permettre sa mise à disposition sous forme liquide, par extraction du réservoir à l'aide d'une pompe par exemple, consiste à équiper le réservoir de moyens de chauffage qu'on vient activer quand la température ambiante descend sous un certain seuil ou quand il est détecté qu'une partie au moins du liquide contenu dans le réservoir s'est solidifié. Cette solution est par exemple illustrée dans la demande de brevet FR 2 959 497, qui préconise de placer un élément chauffant électrique dans le fond de la cavité d'un bol dit de puisage disposé dans le réservoir, qui est le bol dans lequel est prélevé le liquide hors du réservoir par un système de pompe. [0004] Cette solution ne donne cependant pas entièrement satisfaction. En effet, quand l'élément chauffant disposé au fond du bol est activé, il vient dégeler le liquide gelé au voisinage de la paroi de fond, qui est alors progressivement puisé selon la demande. Mais il arrive qu'il se forme alors une cavité d'air dans le liquide gelé en fond de bol, cavité qui prend généralement la forme d'un igloo et qui est fermée : elle se peut se trouver alors en dépression et devient impossible à remplir. De fait, l'élément chauffant n'est plus en contact avec le liquide gelé, le dégel du liquide s'arrête, la pompe de puisage se désamorce et le système d'alimentation en liquide se met en alerte. [0005] L'invention a donc pour but de remédier à cet inconvénient. Elle a notamment pour but d'éviter ou de minimiser tout risque de problème de puisage de liquide hors du réservoir quand le liquide contenu dans le réservoir, et notamment dans son bol de puisage, est au moins en partie gelé (ou que sa viscosité a fortement augmenté), notamment à basse température. [0006] On comprend dans le présent texte par les indications spatiales du type « supérieur », « inférieur », « hauteur », « latéral », « bas », « haut » etc ...des indications sur le positionnement du réservoir en position de montage dans un véhicule lui-même disposé sur un plan horizontal, de façon à simplifier la description du réservoir en question. [0007] L'invention a tout d'abord pour objet un réservoir de stockage de liquide d'un véhicule comportant une cavité fermée comprenant un bol de puisage qui est ouvert en partie haute et qui est muni d'une ouverture de connexion fluidique dans sa paroi latérale avec le reste de la cavité, ledit réservoir étant muni de premiers moyens de chauffage qui s'étendent de l'ouverture latérale du bol de puisage vers le reste de la cavité et qui sont associés à des moyens de flottage. [0008] L'invention propose donc d'ajouter des moyens de chauffage, qui, de par leur localisation entre le bol de puisage et le reste du réservoir, et de par leur coopération avec des moyens de flottage, vont toujours rester en contact avec le liquide, qu'il soit sous forme liquide ou sous forme gelée. Ainsi, même si la création d'un « igloo » tel qu'expliqué plus haut se produit, même si le réservoir est à un faible niveau de remplissage, l'activation des moyens de chauffage selon l'invention va nécessairement conduire à dégeler du liquide dans le réservoir à leur voisinage immédiat. Ce liquide va pour voir remplir la cavité du bol de puisage par son ouverture latérale et permettre son puisage par la pompe. [0009] La solution selon l'invention est également avantageuse en termes de consommation électrique, puisqu'elle permet d'éviter que la plaque chauffante en fond de bol, quand elle est utilisée, ne soit utilisée à chauffer pour rien la cavité d'air qui se forme au-dessus d'elle. [0010] Elle est également facile de mise en oeuvre, puisqu'elle ne modifie pas la conception globale du réservoir. Elle peut ainsi être ajoutée à des réservoirs déjà montés ou prêts à être montés sur des véhicules, notamment pour les véhicules destinés aux pays froids. [0011] Les premiers moyens de chauffage sont, selon une variante, un ou des fils métalliques connectés électriquement à l'une de leurs extrémités à une source électrique externe au réservoir, et éventuellement assemblés en nappe ou en brins multi-fils. [0012] Les moyens de flottage associés, selon un mode de réalisation de cette variante, comprennent au moins un flotteur disposé au voisinage de l'une des extrémités du/des fils métalliques, notamment à l'extrémité opposée à celle connectée à l'alimentation électrique. [0013] De préférence, ces moyens de flottage comprennent au moins un flotteur disposé à l'extrémité des moyens de chauffage opposée à celle s'étendant dans ou au voisinage de l'ouverture latérale du bol. [0014] Selon un autre mode de réalisation, les moyens de flottage comprennent une gaine venant entourer/supporter au moins localement les moyens de chauffage au moins à l'extrémité des moyens chauffants opposée à celle s'étendant dans ou au voisinage de l'ouverture latérale du bol. On peut prévoir une gaine pour les moyens chauffants (comportant un/des fils chauffants), ou une pluralité de gaines venant entourer/supporter chacune des moyens chauffants. [0015] Les premiers moyens de chauffage peuvent être maintenus par un premier point d'ancrage au voisinage de l'ouverture latérale du bol, notamment au niveau de la paroi latérale du bol, de préférence avec une liaison mécanique autorisant la rotation des moyens de chauffage par rapport à la paroi latérale du bol. [0016] Avantageusement, le premier point d'ancrage peut également assurer la liaison électrique des moyens chauffants avec l'alimentation électrique externe au réservoir. [0017] Les premiers moyens de chauffage peuvent aussi être maintenus à distance de la paroi du réservoir par un deuxième point d'ancrage, de préférence au voisinage de la partie haute du réservoir et solidaire de celui-ci. [0018] Les moyens de flottage peuvent également être maintenus à distance de la paroi du réservoir par un moyen formant butée en partie haute du réservoir. [0019] Avantageusement, le fond du bol de puisage est équipé d'un deuxième moyen de chauffage, notamment de type plaque chauffante. [0020] L'invention a également pour objet le procédé de mise en oeuvre du réservoir décrit précédemment, où l'on active les premiers et deuxièmes moyens de chauffage en cas de gel au moins partiel du liquide dans le bol de puisage, alternativement ou 30 concomitamment. [0021] L'invention a également pour objet tout véhicule, notamment véhicule automobile, qui comprend le réservoir décrit plus haut. [0022] L'invention a également pour objet tout véhicule, notamment véhicule automobile, qui comprend un système de dépollution des gaz d'échappement intégrant le réservoir décrit plus haut, par exemple destiné à être rempli de solution aqueuse d'urée servant de précurseur d'ammoniac [0023] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un exemple de réalisation avec deux variantes, exemple non limitatif, accompagné de dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue simplifiée du système de réduction catalytique des NOx des gaz d'échappement d'un moteur thermique d'un véhicule automobile, intégrant un réservoir d'urée conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en section verticale du réservoir d'urée selon la revendication précédente ; - la figure 3 est une vue en section verticale d'une portion du réservoir d'urée selon une première variante de l'invention ; - la figure 4 est un composant de détail de la figure 3 ; - la figure 5 est un composant de détail de la figure 3 ; - les figures 6a, 6b, 6c sont des vues en section verticale d'une portion du réservoir d'urée selon une deuxième variante de l'invention. [0024] Toutes ces figures sont volontairement très schématiques, et ne sont pas 20 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. [0025] La figure 1 représente un réservoir 1 de stockage d'urée en phase aqueuse, muni d'une alimentation électrique 2 et sous pilotage d'un calculateur 3. Le réservoir 1 25 est en connexion fluidique avec la ligne d'échappement 4 d'un moteur thermique de véhicule automobile via un système de conduites et un injecteur 5. Les flèches f1 à f4 symbolisent le sens d'écoulement des gaz d'échappement, d'amont en aval, c'est-à-dire depuis le moteur jusqu'à l'environnement extérieur. L'injecteur 5 vient injecter de l'urée en phase aqueuse provenant du réservoir 1 dans la ligne d'échappement 4 en amont 30 d'un organe à revêtement de réduction catalytique des NOx. En amont de l'injecteur 5, les gaz d'échappement dans la ligne 4 contiennent une fraction de NOx. Entre l'injecteur 5 et l'organe catalytique 6, coexistent dans les gaz d'échappement les NOx et de l'ammoniac, obtenu par décomposition thermique de l'urée une fois injecté dans la ligne sous l'effet de la chaleur des gaz d'échappement. L'ammoniac vient ensuite réduire une majorité des NOx sous forme d'azote dans l'organe 6, le taux de NOx des gaz d'échappement sortant de l'organe 6 étant ainsi nettement diminué par réduction catalytique. [0026] La figure 2 représente un réservoir d'urée sur lequel se concentre l'exemple. Les particularités du réservoir propres à l'invention seront décrites à l'aide des figures suivantes. Le réservoir 1 représenté est muni d'un bol de puisage 7, de façon connue, dont la paroi inférieure 7a intègre une résistance chauffante sous forme d'une plaque métallique 8 alimentée en électricité via une connexion à une source électrique extérieure au réservoir (non représentées). N'est pas décrit en détails le système de crépine et de pompage du liquide hors du réservoir, connu per se. [0027] La figure 3 représente une première variante de l'invention. Le réservoir 1 présente une paroi inférieure 1 a, au-dessus de laquelle est disposé le bol de puisage 7, ouvert en partie supérieure. Il comprend une ouverture 9 dans sa paroi latérale 7b, qui établit une communication fluidique entre le bol 7 et le reste du réservoir 1 en partie basse. La référence 10 correspond au niveau d'urée dans le réservoir 1. Selon l'invention, on prévoit, outre la plaque chauffante 8, des fils métalliques 11 chauffants, auxquels sont associés des flotteurs 12. Une des extrémités des fils chauffants 11 est fixée dans l'ouverture 9 du bol par un premier point d'ancrage 13 qui sera détaillé avec la figure 4. L'extrémité opposée des fils chauffants 11 est fixée par un autre point d'ancrage (non représenté) à la paroi supérieure ou au voisinage de la paroi supérieure du réservoir 1 (non représentée), de façon à éviter des déplacements incontrôlés de cette extrémité lorsque le véhicule se déplace, tourne, accélère, ou encore quand le liquide gelé commence à fondre et qu'il se forme des glaçons en mouvement qui pourraient entraîner l'extrémité des fils. [0028] La figure 4 représente le premier point d'ancrage 12 : il s'agit d'un « bouchon » qui assure la liaison mécanique avec le bol au niveau de son ouverture latérale, en rotation par rapport au bol, et également la liaison électrique avec le fil d'arrivée de courant 14 vers une alimentation électrique disposée hors du réservoir, via un bornier électrique commun à l'alimentation de la plaque chauffante 8. Ce « bouchon » est maintenu dans l'ouverture 9 par tout moyen du type pince, valve. [0029] Les flotteurs 12 sont de préférence ici des pièces creuses en polyamide ou en polyéthylène soufflées. Ils sont situés au-dessus des fils 11, afin que les fils 11 soient toujours en contact avec le liquide à dégeler. Les flotteurs 12 retiennent les fils 11 via des éléments de liaison mécanique de type crochet. Il est préférable que les flotteurs ne s'étendent pas au-delà de la zone dégelée de liquide. On peut prévoir un bouchon à l'extrémité opposée des fils 11 de façon à les ancrer mécaniquement sur la paroi supérieure ou au voisinage de la paroi supérieure du réservoir 1. Ce bouchon d'extrémité peut aussi être conçu de façon à jouer le rôle de flotteur, voire même de l'unique flotteur. Le nombre de flotteurs est donc ajustable, de un à dix ou plus, notamment en fonction du dimensionnement du réservoir (qui sera beaucoup plus volumineux si le véhicule est de type utilitaire que de type véhicule de tourisme par exemple). [0030] Les fils métalliques 11 peuvent être des fils métalliques multibrins avec une première isolation et dont chacune des extrémités est branchée aux bornes de l'alimentation électrique. Le fil est replié sur lui-même à l'une de ses extrémités. Cet ensemble replié dispose d'une deuxième isolation compatible avec l'urée. L'ensemble peut être souple ou présenter une certaine rigidité. [0031] Comme représenté en figure 5 (qui est une vue de dessus), on peut aussi constituer des nappes de fils chauffants, ici une nappe à trois brins 11a,11b,11c, avec un point d'ancrage 11c, un raccordement 11 d commun aux bornes de l'alimentation électrique, et une association avec trois flotteurs supérieurs 12a,12b,12c disposées au-dessus et transversalement aux trois brins 11a,11 b et 11c. [0032] Les figures 6a, 6b et 6c représentent une autre variante de l'invention. Ici, comme représenté à la figure 6a, l'élément chauffant 11 est toujours à base de fils métalliques multibrins, avec une première isolation et dont chacune des extrémités est branchée aux bornes de l'alimentation électrique. Le fil est replié sur lui-même à l'une de ses extrémités. Cet ensemble est enroulé autour d'un tuyau 15, deuxième isolant, tuyau dont le diamètre intérieur est laissé vide ou est rempli d'un matériau à basse densité. C'est ce tuyau vide 15 qui fait ici office de flotteur vis-à-vis du fil chauffant 11. Le dimensionnement du tuyau étant ajusté pour permettre la flottaison du fil chauffant 11. L'ensemble peut être souple ou rigide. Plusieurs de ces « fils-tuyaux » peuvent être associés, mis côte à côte. Le tuyau peut avoir une forme, une section variable. Ici sa section est cylindrique, mais elle peut être ovale, parallélépipédique ... Ici, un bouchon inférieur 13' vient fermer l'extrémité du tuyau, et va également assurer la liaison mécanique avec l'ouverture 9 du bol et électrique avec l'alimentation électrique, selon un principe similaire au bouchon de la figure 5 mais avec un dimensionnement adapté. A l'extrémité opposée, supérieure, on prévoit par exemple un bouchon supérieur 16, qui vient fermer l'extrémité du tuyau et protéger si nécessaire la mise en contact des deux fils. Il est prévu une butée 17 solidaire de la paroi supérieure du réservoir 1, qui peut être sortie de moulage du réservoir, qui vient éviter le contact entre l'extrémité du tuyau 15 et la paroi du réservoir 1. [0033] Le mode de fonctionnement de l'invention va être explicité au vu des figures 6a, 6b et 6c. A la figure 6a, l'ensemble de l'urée est gelée dans le réservoir 1, et une cavité de type « igloo » s'est formée dans le bol 7 après puisage du liquide dégelé par le chauffage de la plaque chauffante 8. A la figure 6b, le fil chauffant 11 est mis sous tension, la chaleur provoque le dégel de l'urée autour du tuyau 15. L'urée liquide coule dans le bol 7 où il peut être puisé, selon un sens d'écoulement représenté par la flèche 5. De fait, l'« igloo » est mis à l'air libre, il est remis en communication avec le reste du réservoir 1. La figure 6c représente par les flèches f6 et f7 le mouvement de l'ensemble du tuyau 15, au fur et à mesure que l'urée se liquéfie à son contact. [0034] Pour donner un ordre de grandeur, si le tuyau 15 mesure environ 300 mm de long et a un diamètre d'environ 100 mm, avec une descente de 100 mm de l'extrémité supérieure, on peut dégeler facilement 1,5 litre d'urée, ce qui correspond à une autonomie d'environ 1000 km pour un véhicule utilitaire de taille moyenne. On peut aussi proposer d'utiliser une pluralité de tuyaux de diamètre plus petits, ce qui peut se révéler plus efficace, en moins pénalisant en termes de réduction de volume du réservoir, et donc en termes de réduction d'autonomie. Ainsi, on peut par exemple utiliser 10 tuyaux de diamètre 10 mm disposés côte à côte, ou encore 7 tuyaux de 15 mm de diamètre. [0035] Avec la première variante, l'activation des fils chauffants aboutit à un résultat identique, l'urée se liquéfiant à son voisinage sur toute sa longueur, et les flotteurs maintenant le fil entre bol et réservoir quel que soit le niveau d'urée dans le réservoir. [0036] Quelle que soit la variante retenue, différences stratégies de commande des moyens de chauffage sont possibles, l'activation (l'alimentation électrique) de la plaque chauffante 8 d'une part et des fils chauffants 11 d'autre part étant de préférence pilotée conjointement par un boîtier de commande, qui peut être intégré au calculateur de bord du véhicule. Ce boîtier de commande peut aussi être intégré au système de commande de l'ensemble SCR, système de commande qui gère également, notamment, le chauffage, la pression et autres paramètres de fonctionnement de l'ensemble dont fait partie le réservoir d'urée. [0037] Ainsi, en cas de gel de l'urée, on peut prévoir d'activer simultanément la plaque et les fils ou les activer en alternance rapprochée (fréquence d'alternance d'au plus une à quelques secondes). [0038] On peut aussi choisir de les activer en alternance, par exemple en activant d'abord la plaque chauffante pendant une à plusieurs heures, puis en activant les fils chauffants pour prévenir ou supprimer la présence de l' « igloo » dans le bol de puisage de préférence pendant une durée plus courte, par exemple de l'ordre de 30 minutes et ainsi de suite. [0039] On peut aussi activer la plaque, puis les fils chauffants mais seulement après un à plusieurs jours de puisage, quand la cavité de l' « igloo » est déjà formée et très creusée. Les temps d'activation des deux moyens de chauffe sont à ajuster pour limiter la consommation électrique et pour éviter les zones de surchauffe locales dans le réservoir. [0040] Le chauffage via les fils chauffants peut aussi être désactivé quand le niveau d'urée est en deçà d'un certain seuil, dont le dépassement peut être surveillé à l'aide d'une jauge. [0041] L'invention propose donc de compléter le chauffage d'un contenant de réservoir susceptible de geler, de façon efficace avec une économie de moyens remarquable, pour assurer le puisage de liquide même dans des conditions de grand froid. REVENDICATIONS1. Réservoir (1) de stockage de liquide d'un véhicule comportant une cavité fermée comprenant un bol de puisage (7) qui est ouvert en partie haute et qui est muni d'une ouverture (9) de connexion fluidique dans sa paroi latérale (7a) avec le reste de la cavité, caractérisé en ce que ledit réservoir est muni de premiers moyens de chauffage (11) qui s'étendent de l'ouverture latérale du bol de puisage vers le reste de la cavité et qui sont associés à des moyens de flottage (12,15). 2. Réservoir (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les premiers moyens de chauffage sont un ou des fils métalliques (11) connectés électriquement à l'une de leurs extrémités à une source électrique externe au réservoir, et éventuellement assemblés en nappe (11a, 11b, 11c) ou en brins multi-f ils. 3. Réservoir (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de flottage associés comprennent au moins un flotteur (12) disposé au voisinage de l'une des extrémités du/des fils métalliques, notamment à l'extrémité opposée à celle connectée à l'alimentation électrique. 4. Réservoir (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de flottage comprennent au moins un flotteur (12) disposé à l'extrémité des moyens de chauffage opposée à celle s'étendant dans ou au voisinage de l'ouverture latérale du bol. 5. Réservoir (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de flottage comprennent une gaine (15) venant entourer/supporter au moins localement les moyens de chauffage au moins à l'extrémité des moyens chauffants opposée à celle s'étendant dans ou au voisinage de l'ouverture latérale (9) du bol (7). 6. Réservoir (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers moyens de chauffage (11) sont maintenus par un premier point d'ancrage (13 ,13') au voisinage de l'ouverture latérale (9) du bol (7), notamment au niveau de la paroi latérale (7a) du bol, de préférence avec une liaison mécanique autorisant la rotation des moyens de chauffage (11) par rapport à la paroi latérale du bol. 7. Réservoir (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier point d'ancrage (13,13') assure également la liaison électrique des moyens chauffants (11) avec l'alimentation électrique externe au réservoir. 8. Réservoir (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers moyens de chauffage (11) sont maintenus à distance de la paroi duréservoir par un deuxième point d'ancrage, de préférence au voisinage de la partie haute du réservoir et solidaire de celui-ci. 9. Réservoir (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de flottage (15) sont maintenus à distance de la paroi du réservoir par un moyen formant butée (17) en partie haute du réservoir. 10. Réservoir selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fond du bol de puisage est équipé d'un deuxième moyen de chauffage (8), notamment de type plaque chauffante. 11. Procédé de mise en oeuvre du réservoir (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on active les premiers (11) et deuxièmes (8) moyens de chauffage en cas de gel au moins partiel du liquide dans le bol de puisage (7), alternativement ou concomitamment.