Brevet FR3059711A1 — publié le 20180608

La présente invention se rapporte à un système d'injection dans une ligne d'échappement d'un véhicule à moteur à combustion interne, d'un agent réducteur des oxydes d'azote, comportant : - une pompe pour prélever l'agent réducteur dans un réservoir et l'introduire dans la ligne d'échappement, - au moins un injecteur pour introduire l'agent réducteur dans la ligne d'échappement par injection, - une unité électronique de pilotage dudit au moins un injecteur et de la pompe, - une canalisation d'alimentation en agent réducteur reliant la pompe au dit au moins un injecteur, - un câble électrique de chauffage de la canalisation d'alimentation en agent réducteur, la pompe étant disposée à distance dudit au moins un injecteur, et l'unité électronique de pilotage dudit au moins un injecteur et de la pompe étant disposée dans un module avec 15 la pompe et connectée au dit au moins un injecteur par un câble électrique de commande. Typiquement, la canalisation d'alimentation est chauffée en début de cycle de roulage lorsque la température est telle que le liquide risque d'être gelé, avant le début d'injection, puis maintenue en température avec une puissance réduite ensuite afin d'éviter un regel du liquide lors du déplacement du véhicule. 20 L'intégration d'un système d'injection d'un agent réducteur des oxydes d'azote dans un véhicule est complexe car il faut intégrer le passage d'une canalisation entre un module de pompe placé généralement à l'arrière du véhicule dans ou à proximité d'un réservoir d'agent réducteur et le ou les injecteurs placés à proximité du moteur. Il faut en outre composer avec des modifications de câblage électrique pour permettre une 25 connexion électrique entre l'unité électronique de pilotage du ou des injecteurs et de la pompe d'une part et le ou les injecteurs d'autre part. Une tendance du marché est d'intégrer l'unité électronique de pilotage dans le module de pompe, et donc le câblage électrique pour le pilotage du ou des injecteurs doit également être routé de l'arrière à l'avant du véhicule. Une telle intégration nécessite de 30 faire passer le câblage électrique pour le pilotage du ou des injecteurs dans une zone très critique car très chaude puisque proche du catalyseur. La présente invention permet de pallier ces problèmes et apporte en outre d'autres avantages. Plus précisément, l'invention se rapporte à un système d'injection dans une ligne d'échappement d'un véhicule à moteur à combustion interne, d'un agent réducteur 35 des oxydes d'azote, comportant : 3059711 2 - une pompe pour prélever l'agent réducteur dans un réservoir et l'introduire dans la ligne d'échappement, - au moins un injecteur pour introduire l'agent réducteur dans la ligne d'échappement par injection, 5 - une unité électronique de pilotage dudit au moins un injecteur et de la pompe, - une canalisation d'alimentation en agent réducteur reliant la pompe au dit au moins un injecteur, - un câble électrique de chauffage de la canalisation d'alimentation en agent réducteur, 10 la pompe étant disposée à distance dudit au moins un injecteur, et l'unité électronique de pilotage dudit au moins un injecteur et de la pompe étant disposée dans un module avec la pompe et connectée au dit au moins un injecteur par un câble électrique de commande, caractérisé en ce que le câble électrique de commande est associé à ladite canalisation d'alimentation dudit au moins un injecteur en agent réducteur. La solution proposée par la présente invention consiste à combiner le câble d'alimentation électrique du ou des injecteurs avec la canalisation chauffante d'alimentation en agent réducteur de l'injecteur afin d'avoir uniquement ce tuyau à router jusqu'aux injecteurs. Cette solution permet de réduire la complexité d'intégration du câblage de pilotage de l'injecteur d'agent réducteur. La canalisation chauffante doit être connectée sur le module de commande, et donc aucun connecteur supplémentaire n'est requis du fait de la présente invention du côté du module de commande. Le câblage électrique de commande peut bénéficier de la protection thermique du tuyau dans les zones proches du moteur. Selon une caractéristique avantageuse, le câble électrique de commande est intégré dans la canalisation d'alimentation dudit au moins un injecteur en agent réducteur. Selon une caractéristique avantageuse de la précédente, le câble électrique de commande est disposé dans le passage de la canalisation d'alimentation dans lequel circule l'agent réducteur. Selon une alternative aux deux caractéristiques précédentes, le câble électrique de commande est apposé à la surface extérieure de la canalisation d'alimentation dudit au moins un injecteur en agent réducteur. Dans les solutions précédentes, il est nécessaire d'ajouter deux broches de connexion supplémentaires dans le connecteur de la canalisation chauffante côté de la 35 pompe. Selon une caractéristique avantageuse, le câble électrique de commande et le câble électrique de chauffage suivent le même cheminement. 3059711 3 Selon une caractéristique avantageuse, le câble électrique de commande et le câble électrique de chauffage ont un fil de masse commun. On optimise ainsi le nombre de connexions. Selon une caractéristique avantageuse, le câble électrique de commande et le 5 câble électrique de chauffage sont constitués d'un premier fil unique et d'un deuxième fil unique pour les fonctionnalités de chauffage et de commande dudit au moins un injecteur, le système d'injection comprenant en outre à proximité dudit au moins un injecteur, ou dans ledit au moins un injecteur lui-même, un moyen de diode entre les premier et deuxième fils connecté en parallèle de l'actuateur dudit au moins un injecteur de telle 10 sorte que, le système d'injection comprenant un dispositif d'inversion de la polarité de commande, dans le sens non passant du moyen de diode, le courant traverse l'actuateur dudit au moins un injecteur, et dans le sens passant du moyen de diode, le courant court-circuite l'actuateur dudit au moins un injecteur en assurant la fonctionnalité de câble de chauffage. 15 Cette solution propose une seule paire de fils électriques pour assurer le chauffage de la canalisation et la commande de l'injecteur, grâce à une diode et à un inverseur de polarité, et permet ainsi d'optimiser encore le nombre de connexions en utilisant les mêmes fils électriques pour les deux fonctionnalités. Les temps de commande de l'injecteur sont typiquement mais pas exclusivement inférieurs à 50% du temps total. 20 Par exemple, on choisira judicieusement le débit statique de l'injecteur, afin de réaliser le débit maximum demandé d'agent réducteur au moyen d'une commande de type MLI pour Modulation de Largeur d'Impulsion, plus connu sous la dénomination PWM (pour « Pulse Width Modulation » en anglais) comportant de préférence un rapport cyclique d'ouverture déterminé, par exemple inférieur à 50%, permettant de chauffer séquentiellement entre 25 les phases de commande d'ouverture d'injecteur en utilisant le temps disponible (supérieur à 50% dans l'exemple) sur la commande PWM. Une combinaison des deux modes chauffage et commande permet de chauffer et injecter séquentiellement. Selon une caractéristique avantageuse, la résistance de l'actuateur est au moins cinq fois, de préférence dix fois plus grande que les résistances des premier et 30 deuxième fils uniques pour les fonctionnalités de chauffage et de commande dudit au moins un injecteur. La résistance de l'actuateur de l'injecteur est ainsi grande devant la résistance des fils électriques de chauffage. De ce fait, lors des phases de commande de l'injecteur l'énergie dissipée dans les résistances de chauffage sera limitée. Selon une caractéristique avantageuse, le débit statique de l'injecteur est dimensionné en sorte de réaliser un débit maximum demandé d'agent réducteur au 3059711 4 moyen d'une commande de type PWM comportant un rapport cyclique d'ouverture déterminé, de préférence inférieur à 50%. L'invention se rapporte en outre à un procédé d'injection dans une ligne d'échappement d'un véhicule à moteur à combustion interne, d'un agent réducteur des 5 oxydes d'azote, au moyen d'un système d'injection tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il consiste à : - chauffer la canalisation d'alimentation en agent réducteur sans commander l'injecteur selon une première polarité de commande dudit dispositif d'inversion de la polarité de commande, 10 - commander ledit au moins un injecteur selon une deuxième polarité de commande dudit dispositif d'inversion de la polarité de commande, inverse de la première polarité de commande. Selon une caractéristique avantageuse du procédé ci-dessus : - on commande ledit au moins un injecteur au moyen d'une commande de type 15 PWM comportant de préférence un rapport cyclique d'ouverture déterminé, par exemple inférieur à 50%, - on chauffe séquentiellement entre les phases de commande d'ouverture d'injecteur, la canalisation d'alimentation en agent réducteur en utilisant le temps disponible sur la commande dudit au moins un injecteur de type PWM 20 comportant de préférence un rapport cyclique d'ouverture déterminé, par exemple inférieur à 50%. Selon cette caractéristique, on optimise l'utilisation de l'intégralité du signal de commande de type PWM, soit pour commander l'injecteur, soit pour chauffer la canalisation dans le temps du signal dans lequel l'injecteur n'est pas commandé. 25 La figure 1 représente un schéma électrique simplifié et partiel d'un exemple de mode de réalisation d'un système d'injection d'agent réducteur des oxydes d'azote, selon l'état de l'art. La figure 2 représente un schéma partiel d'un premier exemple de mode de réalisation d'un système d'injection dans une ligne d'échappement d'un véhicule à moteur 30 à combustion interne, d'un agent réducteur des oxydes d'azote, selon l'invention. Les figures 3A, 3B, 3C représentent de manière schématique et partielle un deuxième exemple de mode de réalisation d'un système d'injection dans une ligne d'échappement d'un véhicule à moteur à combustion interne, d'un agent réducteur des oxydes d'azote, selon l'invention. 35 La figure 4 représente un schéma électrique simplifié et partiel d'un troisième exemple de mode de réalisation d'un système d'injection dans une ligne d'échappement 3059711 5 d'un véhicule à moteur à combustion interne, d'un agent réducteur des oxydes d'azote, selon l'invention. La figure 1 montre un schéma électrique partiel d'un système d'injection de l'état de la technique, selon lequel il est représenté de manière symbolique, comprenant : 5 - une carte électronique 1 schématique de commande d'un injecteur 2 pour introduire l'agent réducteur dans une ligne d'échappement (non représentée) par injection et d'une canalisation 3 d'alimentation en agent réducteur, partie d'une unité électronique de pilotage (non représentée sur la figure 1) de l'injecteur 2 et d'une pompe (non représentée) pour prélever l'agent réducteur dans un 10 réservoir (non représenté) et l'introduire dans la ligne d'échappement, - un câble électrique 4 de chauffage de la canalisation 3 d'alimentation en agent réducteur, - un câble électrique 5 de commande de l'injecteur 2, ce câble 5 étant dans l'exemple relié à l'injecteur 2 au moyen d'un connecteur 6. 15 Des résistances 7 symbolisent la résistance électrique du câble électrique 4 de chauffage de la canalisation 3 d'alimentation en agent réducteur. Une inductance 8 symbolise l'actuateur de l'injecteur 2, dans l'exemple un solénoïde permettant d'ouvrir ou fermer l'injecteur via le câble électrique 5 de commande de l'injecteur 2. 20 Le câble électrique 5 de commande de l'injecteur 2, et le câble électrique 4 de chauffage de la canalisation 3 d'alimentation en agent réducteur sont distincts et possèdent des cheminements séparés, comme représenté. Sur la figure 2, on a représenté un exemple d'agencement particulier du système d'injection dans une ligne d'échappement d'un véhicule à moteur à combustion 25 interne (non représentés), d'un agent réducteur des oxydes d'azote, selon l'invention. On voit un module 10 de pompe associé à un réservoir 11 d'agent réducteur. Le module 10 de pompe comporte une pompe 12 pour prélever l'agent réducteur dans le réservoir 11 et l'introduire dans la ligne d'échappement (non représentée) via un injecteur 13 pour introduire l'agent réducteur dans la ligne d'échappement par injection, et une unité 30 électronique 14 de pilotage de la pompe 12 et de l'injecteur 13 dotée en outre de tous moyens connus de gestion du système d'injection d'agent réducteur, notamment de moyens 15 de chauffage de l'agent réducteur dans le réservoir 11, d'une jauge 16 de niveau d'agent réducteur dans le réservoir 11, etc... Une canalisation d'alimentation 17 en agent réducteur relie la pompe 12 à 35 l'injecteur 13, via le module 10 de pompe, comme représenté sur cette figure 2, la pompe 12 étant disposée à distance de l'injecteur 13 dans l'exemple particulier 3059711 6 représenté sur la figure 2. Un câble électrique 18 de chauffage de la canalisation d'alimentation 17 en agent réducteur est logé dans ladite canalisation 17. L'unité électronique 14 de pilotage de l'injecteur 13 et de la pompe 12 est disposée dans l'exemple dans le module 10 de pompe et est connectée à l'injecteur 13 5 par un câble électrique 19 de commande. Selon l'invention, le câble électrique 19 de commande est associé à la canalisation d'alimentation 17 de l'injecteur 13 en agent réducteur sur son trajet reliant le module de pompe à l'injecteur 13, comme représenté sur la figure 2. Selon l'exemple de la figure 2, le câble électrique 19 de commande peut être, 10 de manière alternative selon plusieurs variantes différentes de réalisation de l'invention : - apposé à la surface extérieure de la canalisation d'alimentation 17 de l'injecteur en agent réducteur, ou - intégré dans la canalisation d'alimentation 17 de l'injecteur 13 en agent réducteur, et notamment disposé dans le passage de la canalisation 15 d'alimentation 17 dans lequel circule l'agent réducteur. Selon la figure 2, le câble électrique 19 de commande est connecté à l'injecteur par l'intermédiaire d'un premier connecteur 20, et est par exemple connecté au module 10 de pompe par l'intermédiaire d'un deuxième connecteur 21 à quatre broches, deux broches pour le câble électrique 19 de commande et deux broches pour le câble 20 électrique 18 de chauffage. Sur la figure 2, le câble électrique 19 de commande et le câble électrique 18 de chauffage suivent le même cheminement, du module 10 de pompe à l'injecteur 13. Le deuxième exemple selon les figures 3A, 3B, 3C montre une canalisation d'alimentation 30 de l'injecteur en agent réducteur, seule, l'injecteur et le module de 25 pompe n'étant pas représentés. Une première extrémité 31 est connectée à l'injecteur via un premier connecteur fluidique 33 latéral, et la deuxième extrémité 32, opposée à la première, est connectée au module de pompe via un deuxième connecteur fluidique 34 latéral. Les figures 3B et 3C illustrent des sections transversales de la canalisation 30 d'alimentation 30 prises aux deux extrémités 31 et 32 respectivement suivant les lignes BB et CC de la figure 3A. Les sections transversales suivant les lignes BB et CC sont réalisées après les connecteurs fluidiques 33 et 34 et de ce fait ne montrent pas le passage de la canalisation 30 pour l'agent réducteur. Les figures 3B et 3C montrent par exemple un câble électrique ou fil 36 de 35 chauffage de la canalisation d'alimentation 30, un câble électrique 35 ou fil de commande de l'injecteur, un câble électrique 37 ou fil commun de masse, tous trois intégrés dans la canalisation d'alimentation 30. 3059711 7 La figure 3A montre en outre de manière schématique : - un premier connecteur 38 électrique pour connecter électriquement le câble électrique 35 ou fil de commande de l'injecteur ainsi que le fil 37 commun de masse à l'injecteur, le connecteur 38 électrique étant positionné à la sortie axiale 5 de la première extrémité 31 de la canalisation d'alimentation 30, et - un deuxième connecteur 39 électrique pour connecter électriquement le câble électrique 35 ou fil de commande de l'injecteur, le câble électrique ou fil 36 de chauffage, ainsi que le fil 37 commun de masse au module de pompe, le connecteur 38 électrique étant positionné à la sortie axiale de la deuxième 10 extrémité 32 de la canalisation d'alimentation 30. Sur le schéma de la figure 4 on a représenté un schéma électrique symbolique et partiel d'un système d'injection selon l'invention, comprenant : - une carte électronique 101 schématique de commande d'un injecteur 102 pour introduire l'agent réducteur dans une ligne d'échappement (non représentée) par 15 injection et d'une canalisation 103 d'alimentation en agent réducteur, partie d'une unité électronique de pilotage (non représentée sur la figure 4) de l'injecteur 102 et d'une pompe (non représentée) pour prélever l'agent réducteur dans un réservoir (non représenté) et l'introduire dans la ligne d'échappement, - un câble électrique 110, 111 de chauffage de la canalisation 3 d'alimentation en 20 agent réducteur, - un câble électrique 110, 111 de commande de l'injecteur 102, ce câble 110, 111 étant dans l'exemple relié à l'injecteur 2 au moyen d'un connecteur 106. Selon ce troisième mode de réalisation de l'invention suivant la figure 4, le câble électrique de commande et le câble électrique de chauffage sont constitués d'un 25 premier fil 110 unique et d'un deuxième fil 111 unique pour les fonctionnalités de chauffage de la canalisation 103 et de commande de l'injecteur 102, le système d'injection comprenant en outre à proximité de l'injecteur 102, ou dans l'injecteur 102 lui-même par exemple le corps de celui-ci (non représenté), un moyen de diode 112 connecté entre les premier 110 et deuxième 111 fils, disposé en parallèle de 30 l'actuateur 108 de l'injecteur 102 par exemple dans le connecteur 106 comme représenté, de telle sorte que, le système d'injection comprenant un dispositif d'inversion de la polarité de commande selon tous moyens connus (non représenté), par exemple disposé sur la carte électronique 101, dans le sens non passant de la diode 112, soit du fil 110 vers le fil 111 sur la figure 4, le courant traverse l'actuateur 108 de l'injecteur 102, et dans le sens 35 passant de la diode, soit du fil 111 vers le fil 110 sur la figure 4, le courant court-circuite l'actuateur 108 de l'injecteur 102 en assurant la fonctionnalité de câble de chauffage de la canalisation 103 en traversant la diode 112 et les résistances 107. 3059711 8 Sur l'exemple de la figure 4, l'injecteur 102 symbolisé est un injecteur à commande à solénoïde, et l'actuateur 108 est donc une bobine de self-induction ou self. Un procédé d'injection dans une ligne d'échappement d'un véhicule à moteur à combustion interne, d'un agent réducteur des oxydes d'azote, au moyen d'un système 5 d'injection selon la figure 4, va maintenant être décrit. Ce procédé consiste notamment à : - chauffer la canalisation 103 d'alimentation en agent réducteur sans commander l'injecteur 102 selon une première polarité de commande dudit dispositif d'inversion de la polarité de commande (non représenté sur la figure 4), 10 - commander ledit au moins un injecteur 102 selon une deuxième polarité de commande dispositif d'inversion de la polarité de commande, inverse de la première polarité de commande. Par exemple, on choisira judicieusement le débit statique de l'injecteur, afin de réaliser le débit maximum demandé d'agent réducteur de la manière préférentielle 15 suivante . - on commande l'injecteur 102 au moyen d'une commande de type PWM comportant un rapport cyclique d'ouverture déterminé, de préférence inférieur à 50%, - on chauffe séquentiellement entre les phases de commande d'ouverture 20 d'injecteur, la canalisation d'alimentation 103 en agent réducteur en utilisant le temps disponible sur la commande de l'injecteur 102 de type PWM comportant de préférence un rapport cyclique d'ouverture déterminé, de préférence inférieur à 50%. REVENDICATIONS1. Système d'injection dans une ligne d'échappement d'un véhicule à moteur à combustion interne, d'un agent réducteur des oxydes d'azote, comportant : - une pompe (12) pour prélever l'agent réducteur dans un réservoir et l'introduire dans la ligne d'échappement, - au moins un injecteur (13, 102) pour introduire l'agent réducteur dans la ligne d'échappement par injection, - une unité électronique (14) de pilotage dudit au moins un injecteur et de la pompe, - une canalisation d'alimentation (17, 30, 103) en agent réducteur reliant la pompe au dit au moins un injecteur, - un câble électrique (18) de chauffage de la canalisation d'alimentation en agent réducteur, la pompe étant disposée à distance dudit au moins un injecteur, et l'unité électronique de pilotage dudit au moins un injecteur et de la pompe étant disposée dans un module (10) avec la pompe et connectée au dit au moins un injecteur par un câble électrique (19) de commande, caractérisé en ce que le câble électrique (19, 35, 110) de commande est associé à ladite canalisation d'alimentation dudit au moins un injecteur en agent réducteur. 2. Système d'injection selon la revendication 1, dans lequel le câble électrique (19, 35) de commande est intégré dans la canalisation d'alimentation (17, 30) dudit au moins un injecteur en agent réducteur. 3. Système d'injection selon la revendication 2, dans lequel le câble électrique (19, 35) de commande est disposé dans le passage de la canalisation d'alimentation (17, 30) dans lequel circule l'agent réducteur. 4. Système d'injection selon la revendication 1, dans lequel le câble électrique (19, 35) de commande est apposé à la surface extérieure de la canalisation d'alimentation (17, 30) dudit au moins un injecteur en agent réducteur. 5. Système d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel le câble électrique (19, 35) de commande et le câble électrique (18, 36) de 30 chauffage suivent le même cheminement. 3059711 10 6. Système d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel le câble électrique (35) de commande et le câble électrique (36) de chauffage ont un fil de masse (37) commun. 7. Système d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans 5 lequel le câble électrique de commande et le câble électrique de chauffage sont constitués d'un premier fil (110) unique et d'un deuxième fil (111) unique pour les fonctionnalités de chauffage et de commande dudit au moins un injecteur (102), le système d'injection comprenant en outre à proximité dudit au moins un injecteur, ou dans ledit au moins un injecteur lui-même, un moyen de diode (112) entre les premier (110) et 10 deuxième (111) fils, connecté en parallèle de l'actuateur (108) dudit au moins un injecteur de telle sorte que, le système d'injection comprenant un dispositif d'inversion de la polarité de commande, dans le sens non passant du moyen de diode (112), le courant traverse l'actuateur (108) dudit au moins un injecteur (102), et dans le sens passant du moyen de diode (112), le courant court-circuite l'actuateur (108) dudit au moins un injecteur (102) en 15 assurant la fonctionnalité de câble de chauffage. 8. Système d'injection selon la revendication 7 dans lequel la résistance de l'actuateur (108) est au moins cinq fois, de préférence dix fois plus grande que les résistances (107) des premier (110) et deuxième (111) fils uniques pour les fonctionnalités de chauffage et de commande dudit au moins un injecteur (102). 20 9. Système d'injection selon la revendication 7 ou 8 dans lequel le débit statique de l'injecteur est dimensionné en sorte de réaliser un débit maximum demandé d'agent réducteur au moyen d'une commande de type PWM comportant un rapport cyclique d'ouverture déterminé, de préférence inférieur à 50%. 10. Procédé d'injection dans une ligne d'échappement d'un véhicule à moteur à 25 combustion interne, d'un agent réducteur des oxydes d'azote, au moyen d'un système d'injection selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il consiste à : - chauffer la canalisation d'alimentation (103) en agent réducteur sans commander l'injecteur (102) selon une première polarité de commande dudit dispositif d'inversion de la polarité de commande, - commander ledit au moins un injecteur (102) selon une deuxième polarité de commande dudit dispositif d'inversion de la polarité de commande, inverse de la première polarité de commande. 11. Procédé d'injection selon la revendication 10, dans lequel : 3059711 11 - on commande ledit au moins un injecteur (102) au moyen d'une commande de type PWM comportant de préférence un rapport cyclique d'ouverture déterminé, par exemple inférieur à 50%, - on chauffe séquentiellement entre les phases de commande d'ouverture 5 d'injecteur, la canalisation d'alimentation (103) en agent réducteur en utilisant le temps disponible sur la commande dudit au moins un injecteur (102) de type PWM comportant de préférence un rapport cyclique d'ouverture déterminé, par exemple inférieur à 50%.