Brevet FR3022305A1 — publié le 20151218

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de pompe, notamment pour alimenter en agent réducteur liquide dans un système de post-traitement des gaz d'échappement comprenant une pompe de compression pour comprimer le liquide à injecter à la pres- sion d'injection et une pompe de transfert pour transférer le liquide du réservoir vers la pompe de compression. Etat de la technique Pour réduire les oxydes d'azote des gaz d'échappement émis par les moteurs à combustion interne, notamment les moteurs diesel, on utilise souvent des systèmes SCR, c'est-à-dire des systèmes de réduction catalytique sélective. De tels systèmes ajoutent un agent réducteur aux gaz d'échappement alimentant le catalyseur SCR pour réduire les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement en azote et en eau. L'agent réducteur est aspiré par un dispositif de transfert et d'injection dans un dispositif accumulateur (réservoir de liquide) pour être injecté dans la conduite des gaz d'échappement. Dans ce principe « pompe-injecteur », le dispositif de transfert et d'injection composé d'une pompe et d'un injecteur est une unité reliée directement à la con- duite des gaz d'échappement. Pour cela, la pompe aspire l'agent réducteur dans le réservoir en passant par une conduite relativement longue pour ensuite comprimer le liquide. Comme la conduite d'aspiration peut avoir une longueur allant jusqu'à cinq mètres qui représente une perte de charge importante, l'efficacité de la pompe est en général insuffi- sante. En particulier, aux températures élevées on risque que l'agent réducteur commence par bouillir à cause de la pression réduite régnant dans la zone d'aspiration du module pompe-injecteur. C'est pourquoi on utilise souvent une pompe de transfert supplémentaire à proximité du réservoir pour transférer l'agent réducteur sous pression vers le module pompe-injecteur. Le module pompe-injecteur comprime ensuite l'agent réducteur à la pression d'injection. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un sys- tème SCR de post-traitement des gaz d'échappement et notamment de simplifier le dispositif de pompage et de transfert pour réduire à la fois l'encombrement et les coûts de fabrication et d'entretien. L'invention a également pour but de développer un procédé de fabrication d'un tel système. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de pompe du type défini ci-dessus caractérisé en ce que la pompe de compression et la pompe de transfert sont intégrées l'une à l'autre. En d'autres termes, la pompe de transfert et l'élément de compression sont intégrés et ont un élément de pompe mobile commun. En particulier, la pompe de compression et la pompe de transfert sont logées dans un boîtier commun et/ou ont au moins un élément de pompe mobile commun. Ainsi le dispositif de pompe est compact, évitant les diffi- cultés de l'état de la technique telles qu'elles ont été énoncées ci-dessus. En particulier, la chambre de compression de la pompe de compression ne se remplit pas à une pression réduite à partir d'une conduite d'aspiration longue ce qui évite tout risque d'ébullition de l'agent réducteur. Le coût de fabrication, d'installation, d'entretien et de fonctionnement d'un dispositif de pompe selon l'invention est considérablement réduit par rapport à celui des systèmes de l'état de la technique. Selon un développement, la course d'aspiration de la pompe de transfert commence en même temps que la course de com- pression de la pompe de compression et réciproquement la course de transfert de la pompe de transfert fonctionne en même temps que la course d'aspiration de la pompe de compression. Cela permet de transférer le liquide d'une manière particulièrement efficace avec la pompe de transfert dans la pompe de compression car la course d'aspiration de la pompe de compression est synchrone avec la course de transfert de la pompe de transfert. On évite toute surpression dans la liaison entre la pompe de transfert et la pompe de compression et ainsi l'usure liée à une telle surpression. Selon un développement, la pompe de compression a une chambre de compression, la pompe de transfert a une chambre de transfert et l'élément de pompe, mobile commun, est interposé entre la chambre de transfert et la chambre de compression. Cette réalisation aboutit à une construction particulière compacte, avantageuse pour le fonctionnement du dispositif de pompe. Selon un développement, l'extrémité côté chambre de compression, de l'élément de pompe est relié à une membrane de compression dans la chambre de compression et l'extrémité de l'élément de pompe côté chambre de transfert, est reliée à une membrane de trans- fert de la chambre de transfert de sorte que le mouvement de l'élément de pompe fait varier (en sens opposé) à la fois le volume de la chambre de transfert et celui de la chambre de compression pour garantir l'efficacité du fonctionnement du dispositif de pompe. Selon un développement, le volume maximum de la chambre de transfert est supérieur ou égal au volume maximum de la chambre de compression de sorte que la pompe de transfert fournit toujours un volume de liquide suffisant pour remplir la chambre de compression. Cela se réalise notamment par un choix approprié du diamètre des membranes. Selon un développement, le dispositif de pompe comporte une bobine électrique et l'élément de pompe est déplacé de sa position de repos à sa position de travail par l'alimentation électrique de la bobine. La bobine électrique combinée à un élément de pompe réalisé de manière appropriée (élément de pompe magnétique) a un entraînement économique et fiable permettant de fournir la force nécessaire pour générer la pression d'injection requise. Un dispositif de pompe électrique se commande d'une manière particulièrement simple et efficace. Selon un développement, le dispositif de pompe comporte au moins un élément élastique pour déplacer l'élément de pompe de sa position de travail à sa position de repos lorsque la bobine n'est pas alimentée. L'élément élastique qui est notamment un ressort (ressort hélicoïdal) constitue un moyen simple et fiable pour faire revenir l'élément de pompe de sa position de travail à sa position de repos. Selon un développement, le mouvement de l'élément de pompe entre sa position de repos et sa position de travail correspond à une course de pression pour la pompe de compression et le mouvement de l'élément de pompe de sa position de travail à sa position de repos correspond à une course de transfert de la pompe de transfert. De cette manière on utilise la force magnétique importante par comparaison à la force élastique de l'élément élastique pour générer une pression d'injection élevée. La force de l'élément élastique plus faible que la force magnétique est suffisante pour remplir la chambre de compression. On réduit avantageusement le bruit de fonctionnement, car la chambre de transfert constitue un amortisseur hydraulique avec le reste de liquide dans la chambre de transfert freinant la venue en butée de l'élément de pompe contre la face frontale du boîtier. Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un dispositif de pompe représenté schématiquement et partiellement en coupe dans l'unique figure annexée. Description d'un mode de réalisation La figure montre schématiquement un exemple de réali- sation d'un système de post-traitement des gaz d'échappement 36 relié à la conduite des gaz d'échappement 32 d'un moteur à combustion interne 34 et comportant un dispositif de pompe 25 selon l'invention. Le dispositif de pompe 25 est représenté schématiquement en coupe. Le dispositif de pompe 25 a un élément de pompe 26 mo- bile avec un induit 7 et une tige 8 partant de l'induit 7. L'induit 7 et la tige 8 sont symétriques en rotation par rapport à l'axe A orienté horizontalement selon la figure. Ces éléments sont solidaires ou réalisés en une seule pièce. L'élément de pompe 26 est entouré par un boîtier 15 pra- tiquement cylindrique par rapport à l'axe A. L'induit 7 de l'élément de pompe 26 est entouré par une bobine 14 disposée dans la direction radiale entre l'induit 7 et la paroi intérieure du boîtier 15. Un élément élastique 13, par exemple en forme de ressort (ressort hélicoïdal) 13 entoure la tige 8. L'élément élastique 13 s'appuie contre la face frontale de l'induit 7 et du boîtier 15 de sorte que l'induit 7 est appuyé par l'élément 13 de manière élastique contre la face frontale du boîtier 15. Les deux faces frontales du boîtier 15 suivant l'axe A ont chacune une chambre 10, 11 délimitée respectivement par un élément de boîtier 18, 19 en forme de U. Sur le côté de l'induit 7 (à gauche selon la représentation de la figure) une chambre de transfert 10 est reliée par une soupape d'arrêt de réservoir 2 et une conduite de réservoir 22 au réservoir de liquide 1 contenant le liquide à injecter. Le bord extérieur 17 de la membrane de transfert 12 (par exemple une membrane en caoutchouc) pratiquement en forme de disque est fixé à la face frontale, côté chambre de transfert, du boîtier 15. La zone centrale 24 de la membrane de transfert 12 est fixée à la face frontale de l'induit 7 tournée vers la chambre de transfert 11 de sorte que la membrane 12 est entraînée par le mouvement de l'induit 7 pour faire varier le volume de la chambre de transfert 10. L'extrémité du boîtier 15, côté goujon, forme une chambre de compression 10 reliée par une soupape d'arrêt 4 et une conduite de pression 20 à un dispositif d'injection 6 installé dans la conduite des gaz d'échappement 32 du moteur 34. Le dispositif d'injection 6 injecte le liquide fourni par le dispositif de pompe 26 dans la conduite des gaz d'échappement 32. La chambre de compression 10 et la chambre de transfert 11 communiquent par une conduite de liaison 21. La conduite de liai- son 21 comporte deux soupapes d'arrêt 3,5 permettant le passage du liquide de la chambre de transfert 11 vers la chambre de compression 10 et bloquant son passage dans la direction inverse, c'est-à-dire le retour du liquide de la chambre de compression 10 vers la chambre de transfert 11. Le bord extérieur 16 de la membrane de compression 9 (par exemple une membrane en caoutchouc) qui a pratiquement la forme d'un disque, est fixé à l'extrémité côté chambre de compression du boîtier 15. La zone centrale 23 de la membrane de compression 9 est fixée à la face frontale de la tige 8 tournée vers la chambre de compres- sion 10 de sorte que le mouvement de la tige 8 entraîne la membrane de compression 9 pour faire varier le volume de la chambre de compression 10. La bobine 14, alimentée, déplace l'élément de pompe 26 en direction de la chambre de compression 10 (déplacement vers la droite selon la figure) ce qui réduit le volume de la chambre de compression 10 par le mouvement de la membrane de compression 9 et comprime le liquide dans la chambre de compression 10. Lorsque la pression dans la chambre de compression 10 atteint la pression d'ouverture de la soupape d'arrêt 4, celle-ci s'ouvre et permet au liquide de passer de la chambre de compression 10 à travers la soupape d'arrêt 4 dans la conduite de pression 20 pour être injecté par le dispositif d'injection 6 dans la conduite des gaz d'échappement 32. Au cours de cette course de compression, les deux soupapes d'arrêt 3, 5 de la con- duite de liaison 21 sont fermées et le liquide passe de la chambre de compression 10 dans la chambre de transfert 11. Lorsque l'élément de pompe 27 effectue une course de compression, la membrane de transfert 12 dont la zone centrale 24 est reliée à l'induit 7, se déplace en direction de la chambre de compression 10 (elle se déplace vers la droite selon la figure). Le volume de la chambre de transfert 11 augmente, ce qui réduit la pression régnant dans la chambre de transfert 11 ; la soupape d'arrêt 2 du réservoir s'ouvre et permet au liquide du réservoir 1 de passer dans la chambre de transfert 11. Lorsque le courant dans la bobine 14 est coupé, la force de l'élément élastique 13 rappelle l'élément de pompe 26 en direction de la chambre de transfert 11 (mouvement vers la gauche) ce qui réduit le volume de la chambre de transfert 11 et augmente celui de la chambre de compression 10. La montée en pression ainsi produite dans la chambre de compression 11 ferme la soupape d'arrêt 2 du réservoir et ouvre les soupapes d'arrêt 3, 5 de la conduite de liaison 21 de sorte que la membrane de transfert 12 peut déplacer le liquide de la chambre de transfert 11 dans la chambre de compression 10 par la conduite de liaison 21. Ainsi, à l'entrée de la chambre de compression 10 le li- quide est toujours à une pression relevée de sorte que même à des températures élevées, le liquide n'aura pas tendance à bouillir. Le liquide destiné à remplir la chambre de compression 10 est stocké au voisinage immédiat, à savoir dans la chambre de transfert 11. Cela supprime la longue conduite de l'état de la technique (la conduite 22 du réservoir peut, suivant la construction du véhicule, avoir une longueur allant jusqu'à 5 mètres) et servant à remplir la chambre de compression 10. La conduite de liaison 21 courte, permet même de supprimer l'une des soupapes d'arrêt 3, 5. Il est avantageux que le volume de la chambre de transfert 11 soit égal ou légèrement supérieur à celui de la chambre de compression 10 pour qu'il y ait toujours suffisamment de liquide dans la chambre de transfert 11 pour remplir complètement la chambre de compression 10. Cela se réalise notamment par le choix approprié du diamètre des membranes 9, 12. Comme la chambre de transfert 11 et le reste de liquide dans cette chambre constituent un amortisseur hydraulique supplé- mentaire, cela amortit la venue en butée de l'induit 7 contre l'élément de boîtier 19 et réduit d'autant le bruit de fonctionnement du dispositif de pompe 25. L'invention développe ainsi deux circuit hydrauliques qui sont à des niveaux de pression différents. La force de ressort de l'élément élastique 13 qui est significativement plus faible que la force magnétique développée par la bobine 14 suffit pour remplir la chambre de compression 10. En revanche, la force magnétique génère la pression élevée requise (pression d'injection) dans la chambre de compression 10 et dans la conduite de pression 20. On peut également envisager de relier la conduite de pression 20 et le réservoir de liquide 22 de sorte que les conduites 21 et 20, 22 constituent deux circuits hydrauliques alimentés en alternance en pression. Le circuit hydraulique formé par la conduite de liquide 21 est à une pression plus faible que celle du circuit hydraulique formé par les conduites de liquide 20, 22. Le liquide se déplace alors dans un sys- tème fermé à deux circuits hydrauliques. NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Réservoir 2, 3, 4, 5 Soupape d'arrêt 6 Dispositif d'injection 7 Induit 8 Tige 9 Membrane de compression Chambre de transfert 10 11 Chambre de compression 12 Membrane de transfert 13 Elément élastique 14 Bobine Boîtier 15 16 Bord de la membrane de compression 17 Bord de la membrane de transfert Conduite de pression 21 Conduite de liaison 22 Conduite de réservoir 20 23 Zone centrale de la membrane de compression 24 Zone centrale de la membrane de transfert Dispositif de pompe 26 Elément de pompe 32 Conduite de gaz d'échappement 25 34 Moteur à combustion interne30