Brevet FR3084703A1 — publié le 20200207

Description Titre de l'invention : Pompe et procédé de fonctionnement pour déterminer le point mort haut/point mort bas de la pompe Domaine de l'invention [0001] La présente invention se rapporte à une pompe à membrane et à un procédé pour dé- terminer le point mort haut et/ou le point mort bas de la pompe à membrane. [0002] L'invention se rapporte également à un procédé de gestion de la pompe et à un programme d'ordinateur pour l'exécution des étapes du procédé ainsi qu'à un support de mémoire lisible par une machine et comportant un programme d'ordinateur pour l'exécution du programme. Enfin, l'invention a pour objet un appareil de commande électronique pour exécuter le procédé. Etat de la technique [0003] Pour répondre à la réglementation de plus en plus sévère relative à la composition des gaz d'échappement, il faut réduire les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement émis par des moteurs à combustion interne, notamment des moteurs diesel. Ainsi, il est connu d'installer un catalyseur SCR (catalyseur pour la réduction catalytique sélective) dans la conduite des gaz d'échappement pour réduire les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne en présence d'un agent réducteur. Cela permet de réduire considérablement la teneur en oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement. La réaction demande de l'ammoniac que l'on mélange aux gaz d'échappement. En général, on utilise une solution aqueuse d'urée (solution aqueuse d'urée = HWL) que l'on injecte dans la conduite des gaz d'échappement en amont du catalyseur SCR et qui agit comme réactif des composants de l'ammoniac. On connaît dans le commerce une solution aqueuse d'urée à 32,5% sous la marque AdBlue (1). [0004] Comme le point de congélation de la solution AdBlue0 se situe à -11,5°C, il faut, dans les conditions hivernales, repomper la solution HWL après la coupure du moteur à combustion interne, à partir du module de dosage pour retourner cette solution au réservoir d'agent réducteur ; on évite ainsi d'endommager le module doseur en cas de gel de la solution HWL. Si pour cela on utilise une pompe à membrane comme pompe de refoulement du liquide HWL, l'opération de pompage ne peut se faire que dans le sens du refoulement inversé (rappel). Une solution de ce problème consiste à prévoir une pompe de refoulement distincte. En variante, on peut également prévoir des systèmes de soupape permettant d'inverser, au choix, le sens de transfert ou de rappel de la solution HWL. De tels systèmes de soupape peuvent néanmoins avoir des défauts d'étanchéité, ce qui se traduit par une perte de pression et la solution HWL peut 2 devenir corrosive. [0005] Exposé et avantages de l'invention [0006] La présente invention a pour objet une pompe comportant un module de pompe à membrane ayant au moins un capteur pour détecter que l'on atteint le point mort haut et/ou le point mort bas du module de pompe à membrane. [0007] L'invention repose sur la possibilité de faire passer le flux dans deux directions dif- férentes à travers une pompe à memhrane unidirectionnelle, à savoir une direction d'alimentation et une direction de retour si pendant le fonctionnement de la pompe on peut déterminer précisément son point mort haut. Pour cela, la pompe comporte un module de pompe à memhrane disposant d'au moins un capteur. Le capteur détecte le fait d'atteindre le point mort haut et/ou le point mort bas du module de pompe à membrane. [0008] Il est également prévu un procédé pour déterminer le point mort haut et/ou bas du module de pompe à memhrane ; cela consiste à détecter le point mort haut à l'aide du capteur. La pompe à membrane est une pompe à membrane à piston de translation ou d'une pompe à membrane rotative. Dans le cas d'une pompe à membrane à piston alternatif, le point mort haut du module de pompe à memhrane correspond au point mort haut de son piston et le point mort bas du module de pompe à memhrane correspond au point mort bas de son piston. Selon les différentes formes de réalisation de la pompe et du procédé, le capteur aura différentes conceptions. [0009] Selon une forme de réalisation de la pompe, le capteur est un micro pour détecter le bruit de butée de la membrane du module de pompe à membrane. Le module de pompe à membrane comporte une butée disposée pour être rencontrée par la membrane lorsque le module de pompe à membrane arrive à son point mort haut. Pour l'utilisation d'une pompe selon cette forme de réalisation, le procédé prévoit de constater le point mort haut lorsque le micro détecte le bruit de butée. [0010] Selon un autre développement de la pompe, le capteur est une caméra ou un photo- détecteur. Le détecteur est un photodétecteur, et il est prévu une source lumineuse. La caméra ou le photodétecteur sont conçus pour détecter une position de la membrane du module de pompe à membrane. L'utilisation d'une pompe selon ce mode de réalisation dans le procédé de détection du point mort haut se détecte lorsque la caméra ou le photodétecteur détecte que la membrane est arrivée dans sa position haute. L'expression position basse » représente la position dans laquelle la membrane subit sa déformation maximale. [0011] Le capteur selon un autre développement de la pompe, est un capteur à effet Hall. Le capteur est conçu pour mesurer la distance par rapport à la membrane du module de pompe à membrane. En utilisant la pompe selon cet exemple de réalisation, le procédé détecte le point mort haut lorsqu'on détecte que la distance entre le capteur à effet Hall 3 et la membrane atteint sa valeur minimale. [0012] Selon un autre développement de la pompe, le capteur est également un capteur à effet Hall. Mais celui-ci est conçu pour mesurer toute inhomogénéité dans la membrane du module de pompe à membrane. Pour cela, on utilise principalement un capteur à effet Hall standard d'une commande de moteur du module de pompe à membrane. Toutefois, normalement, ce capteur ne détecte pas de défaut d'homogénéité dans le champ magnétique. On peut générer, de façon artificielle, un défaut d'homogénéité par un défaut d'homogénéité de l'aimant du module de pompe à membrane. Ce module est, de préférence, orienté sur le point mort haut et le point mort bas du module de pompe à membrane. L'utilisation d'une pompe selon cette forme de réalisation est reconnue par le point mort haut supérieur et inférieur, lorsque le capteur à effet Hall détecte la présence d'une inhomogénéité. [0013] Selon une autre forme de réalisation de la pompe, le capteur est un capteur TRM (capteur à magnétorésistance à effet tunnel). De plus, dans cette forme de réalisation, la pompe comporte un aimant supplémentaire dans le module de memhrane de pompe. En particulier, équipant l'arbre moteur, il est ainsi aligné sur le point mort haut ou bas du module de pompe à memhrane. Le capteur TRM est conçu pour détecter l'angle de rotation de l'aimant. Lorsqu'on utilise une pompe selon cette forme de réalisation, le procédé détermine le point mort haut et/ou le point mort bas à partir de l'angle de rotation fourni par le capteur. [0014] Le capteur peut être présent sans différentes formes de réalisation de l'invention, dans l'enceinte de la pompe ou dans la plage de travail de l'induit magnétique de la pompe. [0015] Si l'on connaît le point mort haut ou le point mort bas, cela permet, par exemple, de réaliser la pompe avec une entrée et une sortie ; l'entrée comporte une soupape d'entrée et la sortie une soupape de sortie. Chaque soupape comporte un élément d'obturation pour fermer l'entrée ou la sortie en position de fermeture. De plus, chaque soupape comporte un élément de rappel, notamment sous la forme d'un ressort pour pousser l'élément d'obturation par la force de rappel dans sa position de fermeture. Enfin, chaque soupape comporte un actionneur pour dégager l'élément d'obturation de sa position de fermeture. Lorsqu'il faut un actionneur, celui-ci dépasse la force de rappel et permet d'ouvrir la soupape d'entrée ou la soupape de sortie. A la fin de l'actionnement de l'actionneur, la force de rappel pousse l'élément d'obturation respectif dans sa position de fermeture, en retour, et la soupape d'entrée ou la soupape de sortie se referme. [0016] Cette pompe peut fonctionner en mode de refoulement et aussi en mode de re- foulement inversé. En mode de refoulement, l'élément de soupape est ouvert et la soupape de sortie est fermée lorsque le module de pompe à membrane passe de son point mort bas à son point mort haut ; la soupape d'entrée est fermée et la soupape de sortie est ouverte lorsque le module de pompe à membrane se déplace de son point mort haut à son point mort bas. [0017] En revanche, en mode de refoulement inversé, la soupape d'entrée est fermée et la soupape de sortie est ouverte lorsque le module de pompe à membrane se déplace de son point mort haut à son point bas ; la soupape d'entrée est ouverte et la soupape de sortie est fermée lorsque le module de pompe à membrane se déplace de son point mort haut à son point mort bas. Cela permet de réaliser un mode de transfert et un mode de retour avec une seule pompe ; seules l'entrée et la sortie de la pompe sont munies de soupapes pour minimiser les défauts d'étanchéité. [0018] L'invention a également pour objet un programme d'ordinateur pour exécuter chaque étape du procédé de détermination du point mort et/ou du point mort bas et/ou du procédé de gestion de la pompe lorsque ces éléments sont exécutés par un appareil de commande électronique à partir d'un calculateur. Cela permet d'implémenter différentes formes de réalisation du procédé dans un appareil de commande électronique sans avoir à faire des modifications constructives. Le support de mémoire lisible par une machine comporte l'enregistrement du programme. [0019] La lecture du programme d'ordinateur sur un appareil de commande électronique permet d'avoir un appareil de commande électronique conçu pour déterminer le point mort haut et/ou le point mort bas d'un module de pompe à membrane et/ou estimer sa situation. Présentation des dessins [0020] La présente invention sera décrite ci-après, de manière détaillée à l'aide de modes de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : [0021] [fig.1] vue en coupe de l'enveloppe d'une pompe selon un exemple de réalisation de l' invention, [0022] [fig.] représentation schématique d'une pompe selon un autre exemple de réalisation de l'invention, [0023] [fig.3] représentation schématique de la pompe de la figure 2 dans un premier état de fonctionnement, [0024] [fig.4] représentation schématique de la pompe selon la figure 2 dans un deuxième état de fonctionnement, [0025] [fig.5] représentation schématique de la pompe de la figure 2 dans un troisième état de fonctionnement, [0026] [fig.6] représentation schématique de la pompe de la figure 2 dans un quatrième état de fonctionnement, [0027] [fig.7] diagramme de l'évolution chronologique du débattement d'un piston alternatif d'une pompe selon un exemple de réalisation de l'invention avec la commande de sa soupape d'entrée et de sa soupape de sortie, [0028] [fig.8] vue en coupe schématique du module de pompe à membrane d'une pompe selon un mode de réalisation de l'invention, [0029] [fig.9] coupe schématique d'un module de pompe à membrane faisant partie d'une pompe selon un autre mode de réalisation de l'invention, [0030] [fig.10] vue en coupe schématique d'un module de pompe à membrane pour une pompe selon un exemple de réalisation de [0031] [fig.11 ] vue en coupe schématique d'un module de pompe à membrane d'une pompe selon un autre exemple de réalisation de l'invention, [0032] [fig.12] vue en coupe schématique d'un module de pompe à membrane d'une pompe selon un autre exemple de réalisation de l'invention. [0033] Description du mode de réalisation de l'invention [0034] Dans les modes de réalisation décrits ci-après, les pompes ont, comme le montre la figure 1, un module de pompe à membrane 10 ayant une entrée 20 et une sortie 30. Le module de pompe à membrane est un module de pompe à membrane à piston linéaire (ou piston alternatif) pour la pompe à membrane. L'entrée 20 est équipée d'une soupape d'entrée 21. Celle-ci comporte un élément d'obturation 22 rappelé par un élément de rappel 23 sous la forme d'un ressort dans l'entrée 20 pour fermer celle-ci. Un actionneur à commande électrique 24 rappelle l'élément de fermeture ou d'obturation 22 contre la force de rappel du ressort pour que l'entrée 20 s'ouvre. Lorsque l'alimentation de l'actionneur 24 s'arrête, l'élément de rappel 23 repousse l'élément de fermeture 22 dans l'entrée 20 pour refermer celle-ci. De la même manière, la sortie 30 a une soupape de sortie 31. Celle-ci comporte un élément d'obturation 32 qui est pressé par un élément de rappel 33 en forme de ressort dans la sortie 30. Un actionneur à commande électronique 34 ouvre la soupape de sortie 31 en rappelant l'élément d'obturation 32. Lorsque l'alimentation de l'actionneur 34 s'arrête, la soupape de sortie 31 se referme. [0035] La figure 2 montre les composants décrits ci-dessus sous une forme schématique. Les deux soupapes 21, 31 sont fermées. Les figures 3-6 montrent comment le flux d'un liquide comme, par exemple, une solution aqueuse d'urée est commandé par la pompe en ce que chaque fois l'une des soupapes 21, 31 est ouverte et l'autre est fermée. Comme le montre la figure 7, ces mouvements d'ouverture et de fermeture doivent être synchronisés sur le mouvement du piston alternatif du module de pompe à membrane 10. Le débattement w varie suivant une forme sinusoïdale entre un point mort bas UT et un point mort haut OT. La figure montre également la courbe de la commande A en fonction du temps t pour les soupapes 21, 31 ; A=0 correspond à l'actionneur 24, 34 coupé ; A=1 correspond à l'actionneur 24, 34 activé. Cette commande A est indiquée 6 par la référence de commande A21 pour la soupape d'entrée 21 et par A31 pour la soupape de sortie 31. La soupape d'entrée 21 est ouverte pendant la durée t21+ ; pendant la durée t21- elle est fermée. La soupape de sortie 31 est ouverte dans l'intervalle t31+ et elle est fermée dans l'intervalle t31-. Cette opération d'ouverture est précédée par une durée de retard d'aspiration ts. Ensuite, la soupape d'entrée 21 s'ouvre, ce qui donne l'état représenté à la figure 3. Le piston se déplace de son point mort bas UT à son point mort haut OT et le module de pompe à membrane 10 aspire le liquide. [0036] L'alimentation de l'actionneur 24 de la soupape d'entrée 21 se termine au point mort haut OT. Après une durée de retard de pression tp, partant du point mort bas UT, la soupape de sortie 31 s'ouvre alors que la soupape d'entrée 21 se ferme. Jusqu'au point mort bas UT il règne l'état représenté à la figure 4 de sorte que le liquide peut sortir du module de pompe à memhrane 10 par la sortie 30. [0037] Si l'on échange la commande A21 de la soupape d'entrée 21 par la commande A31 de la soupape de sortie 31 selon la figure 5, la pompe fonctionne en mode de refoulement inversé. Dans cet état selon la figure 5, le liquide passe par la soupape de sortie 31 ouverte et la soupape d'entrée 21 étant fermée, pour arriver dans le module de pompe à memhrane 10 ; le liquide dans l'état représenté à la figure 6, la soupape de sortie 31 étant fermée et la soupape d'entrée 21 étant ouverte, le liquide passe par l'entrée 20. [0038] La détermination du point mort haut OT nécessaire pour passer en mode de re- foulement et en mode de refoulement inversé est réalisée dans différents exemples de pompe par l'utilisation de différents types de capteurs. [0039] Dans un premier exemple de réalisation selon la figure 8, le module de pompe à membrane 10 comporte une chambre de travail et de membrane 11 dans laquelle débouchent l'entrée 20 et la sortie 30. Cette chambre délimitée par la membrane 12 est reliée au piston 13 et est entraînée avec celui-ci. Le piston 13 a un induit magnétique 14 qui est déplacé par le champ magnétique généré par la bobine annulaire 15 dans l'aimant 16. En position de repos, l'induit 14 est précontraint avec le piston 13 par la tension exercée par un ressort hélicoïdal 17. Ce premier mode de réalisation prévoit un micro 41 installé dans la chambre de travail 11. Il est également prévu une butée 42 positionnée pour que la membrane 12 rencontre cette butée lorsque le piston 13 arrive à son point mort haut OT. Ce bruit est détecté par le micro 41, ce qui permet de détecter l'arrivée au point mort haut OT. [0040] Selon un second exemple de réalisation représenté à la figure 9, la chambre de travail à membrane 11 comporte un capteur 43 sous la forme d'un photodétecteur. Il est prévu également une source lumineuse 44 qui éclaire la membrane 12. La lumière de la source lumineuse 44 réfléchie par la membrane 12 est reconnue par le photodétecteur 7 43 lorsque le piston 13 atteint son point mort haut OT. [0041] Dans le troisième mode de réalisation, la chambre de travail de la membrane 11 a un capteur à effet Hall 45. Ce capteur mesure en continu sa distance par rapport à la membrane 12. Lorsque cette distance atteint le minimum, cela signifie que l'on est au point mort haut. [0042] Selon un quatrième mode de réalisation de la pompe, le module de pompe à membrane 10 a également un capteur à effet Hall. Ce capteur à effet Hall 46 n'est toutefois pas situé dans la chambre de travail 11 de la membrane. Bien plus, il est positionné pour reconnaître un défaut d'homogénéité du champ magnétique du module de pompe à membrane 10. L'aimant mobile 16 est réalisé de façon à générer une inhomogénéité lorsque le piston 13 atteint son point mort haut OT. Cela permet de détecter le point mort haut à partir du signal du capteur à effet Hall 46. [0043] Selon un cinquième exemple de réalisation de la pompe, celle-ci comporte un capteur TMR 47. Il est également prévu un aimant 48 dont la position change par le mouvement du piston 13. Il existe un angle de rotation que l'on peut détecter avec le capteur TMR 47. Cette disposition est conçue pour que le capteur TMR puisse conclure que l'on est au point mort haut OT à partir de cet angle de rotation. [0044] NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX [0045] 10 Module de pompe à membrane [0046] 12 Membrane [0047] 20 Entrée [0048] 21 Soupape d'entrée [0049] 22 Elément d'obturation [0050] 23 Elément de rappel [0051] 24 Actionneur [0052] 30 Sortie [0053] 31 Soupape de sortie [0054] 32 Elément d'obturation [0055] 33 Elément de rappel [0056] 35 Actionneur [0057] 41 Capteur [0058] 44 Capteur [0059] 45 Capteur [0060] 46 Capteur [0061] 47 Capteur [0062] 48 Aimant [0063] OT Point mort haut [0064] UT Point mort bas 8