Brevet FR3013762A1 — publié le 20150529

Pompe pour additif La présente invention concerne une pompe pour une solution d'un précurseur d'ammoniac. Les législations sur les émissions des véhicules et poids lourds prévoient entre autres une diminution des rejets d'oxydes d'azote NO, dans l'atmosphère. Pour atteindre cet objectif on connaît le procédé SCR (Selective Catalytic Reduction) qui permet la réduction des oxydes d'azote par injection d'un agent réducteur, généralement d'ammoniac, dans la ligne d'échappement. Cet ammoniac peut provenir de la décomposition par thermolyse d'une solution d'un précurseur d'ammoniac dont la concentration peut être celle de l'eutectique. Un tel précurseur d'ammoniac est généralement une solution d'urée. Avec le procédé SCR, les dégagements élevés de NO, produits dans le moteur lors d'une combustion à rendement optimisé sont traités en sortie de moteur dans un catalyseur. Ce traitement requiert l'utilisation de l'agent de réduction à un niveau de concentration précis et dans une qualité extrême. La solution est ainsi précisément dosée et injectée dans le flux de gaz d'échappement où elle est hydrolysée avant de convertir l'oxyde d'azote (NO,) en azote (N2) et en eau (H2O). Pour ce faire, il est nécessaire d'équiper les véhicules d'un réservoir contenant une solution d'additif (urée généralement), ainsi que d'un dispositif (ou injecteur) pour doser et injecter la quantité d'additif désirée dans la ligne d'échappement. Généralement, un dispositif d'alimentation est utilisé pour véhiculer l'additif du réservoir vers l'injecteur, via un canal d'injection (ou ligne d'injection). Généralement, le dispositif d'alimentation comprend une pompe rotative entrainée par un moteur. En vue de faciliter le fonctionnement, le redémarrage du système en cas de gel et d'éviter l'éclatement des tuyaux souvent flexibles qui véhiculent l'additif (urée généralement), il est avantageux de purger les canalisations à la fin du fonctionnement du système. En particulier, il est avantageux de purger le canal d'injection. Généralement, la purge de la ou des ligne(s) s'effectue par aspiration d'air et/ou des gaz d'échappement à travers l'injecteur à l'aide de la pompe rotative qui à cet effet tourne dans un sens inverse au sens pour l'alimentation de l'injecteur. La figure 1 illustre schématiquement un exemple d'une pompe rotative connue pour un système SCR. La pompe rotative 1 de la figure 1 est configurée pour tourner suivant un premier sens de rotation pour véhiculer de l'additif stocké dans un réservoir vers un injecteur via un canal d'injection, et suivant un deuxième sens de rotation (inverse au premier sens de rotation) pour purger le canal d'injection. La pompe rotative 1 comprend : - un rotor 11 coopérant avec un stator (non représenté) ; et - une chambre 13 dans laquelle est logé un système d'engrenages 12. La chambre 13 est mise en communication fluidique avec le réservoir et le canal d'injection par l'intermédiaire respectivement d'un canal d'entrée 14 et d'un canal de sortie 15. Le canal d'entrée 14 est relié à la paroi supérieure 131 de la chambre et le canal de sortie 15 à la paroi inférieure 132 de la chambre. Généralement, après que la purge a été effectuée, la chambre 13 est essentiellement remplie d'air. Dès lors, le prochain démarrage du système peut s'avérer difficile et long. Ainsi, pour faciliter ce démarrage il est généralement proposé d'ouvrir l'injecteur en début de démarrage. Or, ceci complique la stratégie de pilotage de l'injecteur. Par ailleurs, une quantité d' aditif non contrôlée peut être injectée dans la ligne d'échappement alors que celle-ci n'a pas encore atteint une température suffisante pour assurer la réaction chimique souhaitée. La présente invention vise à résoudre ces problèmes. Dès lors, la présente invention concerne une pompe destinée à pomper un additif dans un système SCR pour véhicule, la pompe étant configurée pour tourner suivant un premier sens de rotation pour véhiculer de l'additif stocké dans un réservoir vers un injecteur via un canal d'injection, et suivant un deuxième sens de rotation pour purger le canal d'injection, la pompe comprenant une chambre dans laquelle est logé un système d'engrenage, la chambre étant mise en communication fluidique avec le réservoir et le canal d'injection par l'intermédiaire respectivement d'un canal d'entrée et d'un canal de sortie. La pompe est telle que le canal d'entrée et le canal de sortie sont agencés de sorte que, après une purge du canal d'injection, la chambre recueille et retient de l' additif. Ainsi, il est proposé d'utiliser la chambre du système d'engrenage comme un piège à additif. Plus précisément, la chambre selon l'invention est configurée pour recueillir et retenir de l'additif après une purge du canal d'injection (c'est-à-dire à l'arrêt du système). Avantageusement, la chambre est configurée pour recueillir et stocker des résidus d'additif provenant du canal d'entrée. Généralement après une purge, le canal d'entrée contient des résidus d'additif (c'est-à-dire des gouttelettes d'additif). Ces résidus retombent généralement dans la chambre du système d'engrenage sous l'effet de la gravité et ils sont ensuite évacués de la chambre via le canal de sortie par gravité. L'invention propose donc une approche opposée selon laquelle on retient ces résidus d'additif dans la chambre. Pour ce faire, le canal d'entrée et le canal de sortie sont agencés par rapport à la chambre de telle sorte qu'il n'existe pas de chemin par lequel les résidus d'additif peuvent être totalement drainés hors de la chambre par gravité. Ainsi, lorsque la pompe est à l'arrêt après une purge, la chambre peut stocker de l'additif. La chambre selon l'invention peut être partiellement remplie d'additif. Préférentielle, la chambre selon l'invention est entièrement remplie d'additif. De cette façon, le système d'engrenage peut être totalement immergé dans de l'additif. En d'autres termes, avant le prochain démarrage du système, le système d'engrenage se trouve noyé dans de l'additif. Une telle configuration a l'avantage d'assurer un redémarrage aisé du système, de faciliter l'aspiration (le pompage) de l'additif du réservoir et de maintenir l'injecteur fermé en début de démarrage. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le canal de sortie comprend une section en forme de siphon reliée à la chambre. Dans un mode de réalisation avantageux, le canal d'entrée comprend un volume tampon configuré pour retenir de l'additif pendant la purge du canal d'injection. Ainsi, ce volume tampon constitue une réserve d'additif qui est destinée à remplir la chambre du système d'engrenage en fin de purge (c'est-à- dire à l'arrêt de la pompe). De cette façon, on s'assure que la chambre est toujours au moins partiellement remplie d'additif avant le prochain démarrage du système. Avantageusement, le volume tampon est dimensionné de sorte que, pendant la purge, il accumule une quantité d'additif suffisante pour remplir entièrement la chambre. De préférence, le système d'engrenage comprend au moins deux engrenages (roues dentées) qui permettent, par rotation, de pomper de l'additif du réservoir vers le canal d'injection et d'aspirer de l'additif dans le canal d'injection vers le réservoir Les engrenages d'une telle pompe sont de préférence à base de polymère et plus particulièrement, d'un polymère chargé de fibres tel que du PEEK chargé de fibres de carbone. La présente invention concerne également un réservoir pour système SCR comprenant une pompe à additif telle que décrite ci-dessus. L'additif dont il est question dans le cadre de l'invention est de préférence un agent réducteur susceptible de réduire les NOx présents dans les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne. Il s'agit avantageusement d'ammoniac utilisé directement (ce qui présente les inconvénients de sécurité et de corrosion associés) ou généré in situ, dans les gaz d'échappement au départ d'un précurseur tel que l'urée (ce qui permet d'éviter les inconvénients précités). L'invention donne de bons résultats avec l'urée et en particulier, avec les solutions aqueuses d'urée. Les solutions eutectiques (comprenant 32.5% en poids d'urée) conviennent bien. La présente invention peut être appliquée à tout moteur à combustion interne susceptible de générer des NOx dans ses gaz d'échappement. Le système selon l'invention comprend au moins un réservoir destiné au stockage de l'additif et au moins un canal (ou ligne) d'injection destiné à amener l'additif vers un tuyau d'échappement du moteur. Ce canal est muni en son extrémité, d'un injecteur permettant l'injection de l'additif dans les gaz d' échappement. Le système selon l'invention comprend également une pompe pour amener l'additif du réservoir à additif vers l'injecteur. Cette pompe peut être située dans le réservoir à additif (avec comme avantage de constituer avec lui, un module compact et intégré) ou, compte tenu de l'environnement corrosif, être situé en dehors du réservoir à additif. Ses matériaux constitutifs seront de préférence choisis parmi les métaux résistant à la corrosion (certains grades d'acier inoxydable et de polymères notamment). Le plus souvent, le système selon l'invention comprend un calculateur relié à l'injecteur et permettant d'injecter dans les gaz d'échappement, la quantité d'additif requise (notamment en fonction des paramètres suivants : taux d'émission et de conversion des NOx; température et pression; vitesse et charge du moteur...). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels : la figure 1, commentée précédemment, illustre schématiquement une pompe à additif connue de l'état de la technique ; la figure 2 illustre schématiquement une pompe à additif selon un premier mode de réalisation particulier de l'invention ; et la figure 3 illustre schématiquement une pompe à additif selon un deuxième mode de réalisation particulier de l'invention. On décrit maintenant en relation avec la figure 2 un premier mode de réalisation d'une pompe à additif selon l'invention. La pompe 2 est configurée pour tourner suivant un premier sens de rotation pour véhiculer de l'additif stocké dans un réservoir vers un injecteur via un canal d'injection, et suivant un deuxième sens de rotation (inverse au premier sens de rotation) pour purger le canal d'injection. La pompe 2 comprend : un rotor 21 coopérant avec un stator (non représenté) ; et une chambre 23 dans laquelle est logé un système d'engrenages 22. La chambre 23 est mise en communication fluidique avec le réservoir et le canal d'injection par l'intermédiaire respectivement d'un canal d'entrée 24 et d'un canal de sortie 25. Dans ce premier mode de réalisation particulier, le canal d'entrée 24 et le canal de sortie 25 sont reliés à (montés sur) la paroi supérieure 231 de la chambre. Le canal de sortie 25 comprend une section 251 en forme de siphon. Une telle architecture permet, après que la purge a été effectuée (i.e. pompe à l'arrêt), de piéger dans la chambre 23 les résidus d'additif tombant par gravité du canal d'entrée 24. En effet, la position du canal de sortie 25 est telle qu'elle ne permet pas aux résidus d'additif de s'échapper totalement par gravité de la chambre. Ces résidus d'additif seront évacués de la chambre par le système d'engrenage 22 au prochain démarrage du système (i.e. pompe en fonctionnement). On note que dans des conditions de gel, l'additif stocké dans la chambre 23 peut geler. Avant de remettre en marche la pompe (et donc de faire tourner le système d'engrenage), il est avantageux de liquéfier (i.e. dégeler) l'additif stocké dans la chambre 23. Ceci peut se faire, par exemple, au moyen d'un dispositif de chauffage placé dans le réservoir. Par ailleurs, on peut élégamment appliquer une stratégie de préchauffage de la pompe en pilotant, par exemple, les bobines de la pompe pour s'en servir comme éléments de chauffe. On décrit maintenant en relation avec la figure 3 un deuxième mode de réalisation d'une pompe à additif selon l'invention. La pompe 3 comprend : un rotor 31 coopérant avec un stator (non représenté) ; et une chambre 33 dans laquelle est logé un système d'engrenages 32. La chambre 33 est mise en communication fluidique avec le réservoir et le canal d'injection par l'intermédiaire respectivement d'un canal d'entrée 34 et d'un canal de sortie 35. Dans ce deuxième mode de réalisation particulier, le canal d'entrée 34 est relié à (monté sur) la paroi supérieure 331 de la chambre. Le canal d'entrée 34 comprend un volume tampon 341 configuré pour retenir de l'additif pendant la purge du canal d'injection. Avantageusement, le volume tampon 341 agit comme une sorte de séparateur liquide-vapeur. Plus précisément, la section hydraulique du volume tampon est suffisamment large pour que le passage de l'air (aspiré par l'injecteur) dans ce volume soit un écoulement par bulles d'air, contrairement à un écoulement par bouchons qui se produit dans un volume de section hydraulique inférieure ou égale à la section des bulles d'air. Le canal de sortie 35 est relié à (monté sur) la paroi latérale 332 de la chambre dans une zone proche (c'est-à-dire à quelques millimètres) de la paroi supérieure 331 de la chambre. REVENDICATIONS1. Pompe (2) destinée à pomper un additif dans un système SCR pour véhicule, la pompe étant configurée pour tourner suivant un premier sens de rotation pour véhiculer de l'additif stocké dans un réservoir vers un injecteur via un canal d'injection, et suivant un deuxième sens de rotation pour purger le canal d'injection, la pompe comprenant une chambre (23) dans laquelle est logé un système d'engrenages (22), la chambre (23) étant mise en communication fluidique avec le réservoir et le canal d'injection par l'intermédiaire respectivement d'un canal d'entrée (24) et d'un canal de sortie (25), caractérisée en ce que le canal d'entrée et le canal de sortie sont agencés de sorte que, après une purge du canal d'injection, la chambre recueille et retient de l' additif. 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canal de sortie comprend une section (251) en forme de siphon reliée à la chambre. 3. Pompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le canal d'entrée comprend un volume tampon (341) configuré pour retenir de l'additif pendant la purge du canal d'injection. 4. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le système d'engrenages (22) comprend au moins deux engrenages à base de polymère. 5. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'additif est une solution aqueuse d'urée. 6. Réservoir pour système SCR comprenant une pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.30