WO2011131883A1 - Dispositif d'injection de reducteur pour une reduction catalytique selective - Google Patents

Dispositif d'injection de reducteur pour une reduction catalytique selective Download PDF

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WO2011131883A1
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reducer
piston
injection
circulation
mouth
Prior art date
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PCT/FR2011/050710
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Mehdi Ferhan
Stéphane Guerin
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Peugeot Citroën Automobiles SA
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    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a gear reducer for selective catalytic reduction.
  • the invention further relates to an exhaust line and a vehicle comprising the gear reducer.
  • NOx decontamination systems are known for vehicles having an internal combustion engine, such as the NOx trap or the selective catalytic reduction system (in English “selective catalytic reduction” or abbreviated SCR).
  • Such systems generally consist of a controlled injection device for injecting a precise quantity of reductant into the exhaust line, a gearbox reservoir, a reduction gear supply line equipped with a feed pump for the device. of injection into a reducer from the tank.
  • the document FR 2 879 239 proposes to have a pump in the reducer supply line for supplying an injection device.
  • This pump is operated by a clean actuator.
  • the feed line further has a set of valves to allow reducer feed line purge. Actuation of this valve assembly assumes an additional actuator.
  • a pump in the gear reducer for injecting a precise amount of reducer in the exhaust line.
  • This additional pump is actuated by a new own actuator.
  • the prior art proposes the use of a large number of members along the reducer supply line. This makes the integration of the SCR system complex.
  • the invention provides a gear reducer injection device for a selective catalytic reduction in a combustion gas exhaust line, the device comprising a reducer supply channel and a fuel injection nozzle. reducer in the exhaust line, the device further comprising a reducer circulating pump in a first direction to the injection and circulation nose of the reducer in a second direction to the supply channel.
  • the pump comprises a single actuator for the circulation of the reducer in both directions.
  • the single actuator comprises a piston and a solenoid for controlling the piston.
  • the solenoid has a mode of operation in reheating of the injection device, a mode of operation in the control of the piston in circulation of the reducer in the first direction and a mode of operation of the control of the piston in circulation reducer in the second direction.
  • the injection device comprises:
  • a first fluid circulation duct in the first direction comprising:
  • the injection device comprises a feed chamber in fluidic connection with the feed channel, the first mouth of the first conduit and the first mouth of the second conduit both opening into the feed chamber.
  • the piston comprising a feed head moving in the feed chamber, the movement of the piston for the circulation of the reducer in the second direction comprising:
  • the second duct has a second mouth in fluid connection with the injection nose, the displacement of the piston towards the suction position sucking exhaust gas into the supply chamber as discharge fluid. reducer in the reducer feed line.
  • the injection nose comprises a reducer injection valve in the exhaust line and in that the piston comprises an actuating pin of the valve of the opening injection nose when the piston is in the suction position and when the piston is in the discharge position.
  • the second duct has a second mouth in fluid connection with the ambient air or a reservoir of purge fluid, the reverse displacement of the piston towards the suction position sucking the air or the purge fluid. in the feed chamber as discharge fluid of the reducer in the feed line of the reducer.
  • the injection device comprises an injection chamber in fluid connection with the injection nose, the second mouth of the first channel opening into the injection chamber, the piston comprising an injection head. moving in the injection chamber, the movement of the piston for the circulation of the reducer in the first direction comprising:
  • the invention furthermore proposes an exhaust line of an internal combustion engine, comprising the gear reducer injection device. previous and comprising a feeder feed line of the feed channel, the circulation of the reducer in the second direction causing the purge of the reducer feed line.
  • the invention also proposes a vehicle comprising a combustion engine and the preceding exhaust line connected to the output of the engine, the pump driving the reducer circulation in the first direction when the engine is rotating and the pump causing the circulation. gearbox in the second direction when the engine has just been stopped.
  • FIG. a diagram of the pump of the injection device with the piston in dosing position of the reducer in the injection chamber
  • FIG. 2 a diagram of the pump of the injection device with the piston in the injection position of the reducer of the injection chamber in the exhaust line;
  • FIG. 5 is a diagram of the injection device with the pump, the piston of which is in the discharge position of the reducer of the supply chamber, the piston actuating the opening of the valve of the injection nose;
  • FIG. 6 a diagram of the injection device with the pump whose piston is in the dosing position of the reducer in the chamber injection, the piston does not actuate the valve of the opening injection nose;
  • Figure 7 a diagram of the injection device with the pump whose piston is in metering position of the reductant of the feed chamber with a discharge gas other than the exhaust gas.
  • the invention relates to a reduction gear injection device for a selective catalytic reduction in a combustion gas exhaust line.
  • the injection device comprises a feed channel reducer.
  • the reducer supply channel provides the fluid connection of the injection device with a feed line of the reducer.
  • the feed line of the gearbox is connected to a gearbox tank.
  • the injection device, the reducing gear supply line and the gearbox reservoir are part of a selective catalytic reduction system that is embedded in a known manner on a motor vehicle comprising a combustion engine, and a gas exhaust line. of combustion.
  • the feed line of the reducer provides the fluidic connection in a reducer between the injection device, disposed in the vehicle at the exhaust line, and the gearbox reservoir, disposed at another location of the vehicle.
  • the reducer present in the supply line freezes.
  • one of the reducing agents used for the selective catalytic reduction is urea having a gel point close to -1 1 ° C, preventing the operation of the selective catalytic reduction system from the start of the vehicle that embarks.
  • the injection device further comprises a reducer injection nose in the exhaust line.
  • the injection device comprises a pump for the circulation of the reducer to the injection nose.
  • the injection nose may include a injection nozzle or injection valve pressure calibrated.
  • the pump of the injection device by imposing in known manner the reducer circulation to the injection nose, increases the pressure of the reducer present in the injection nose. The pressure of the reducer in the injection nose then exceeds the calibration pressure for injecting the reducer into the exhaust line.
  • the use of the pump integrated in the injection device makes it possible to precisely adjust the quantity of reducer injected per pumping cycle, particularly in the case of an electrically actuated pump.
  • the flow of the reducer to the injection nose and imposed by the pump is called circulation in the first direction. This same pump also ensures a flow of the gearbox to the feed channel.
  • the circulation of the reducer to the feed channel and imposed by the pump is called circulation in the second direction.
  • the pump when stopping the combustion engine of the vehicle carrying the injection device, the pump requires a circulation of the gear in the second direction, driving the reducer present in the supply line to the gearbox tank.
  • the second direction of circulation performs a purge function of the reducer, ensuring that the reducer does not freeze in the supply line during the stopping of the vehicle and in cold climatic conditions.
  • the proposed injection device limits the number of bodies of the selective catalytic reduction system and thus facilitates its integration on a motor vehicle.
  • the pump 30 of the injection device comprises a single actuator.
  • This single actuator allows both reducer circulation in the first direction and in the second direction.
  • the actuator may comprise a piston 50 and a solenoid 70, both seen in section in FIG.
  • the solenoid 70 then has an operating mode in piston control for a reducer circulation in the first direction and an operating mode of the piston control for a circulation of the reducer in the second direction.
  • the single actuator allows a simple design of the selective catalytic reduction system.
  • the single actuator comprises the piston 50 and the solenoid 70.
  • the solenoid 70 allows an actuation of the pump 50 by electrical supply, according to a set point for example issued by the control command of 'a motor vehicle. From the power supply, the use of the solenoid 70 allows precise control of the movement of the piston 50 ensuring precise control of the amount of reducer injected when the pump 30 drives the reducer circulation in the first direction.
  • Changing the power supply allows simple switching of solenoid operation from one control mode to another. To cause the solenoid 70 operating mode to switch, it is possible to modify the level of the power supply, to modify the frequency of the power supply or to modify the power supply of the solenoid 70 in any other manner known per se.
  • the solenoid 70 may further have a mode of operation in reheating of the injection device. Such a mode of operation is permitted when the power supply of the solenoid has a power too low to allow the piston 50 to move. The power supply does not then provide enough power to the piston 50 to allow the piston 50 to overcome. the frictional forces in the pump 30. The low power of the solenoid power supply is then dissipated in the form of thermal energy within the injection device for heating the injection device. In any case, the heating of the injection device makes it possible to ensure a rapid rise in the temperature of the gearbox when starting the combustion engine. The reheating of the injection device allows, if necessary, to thaw the reducer contained in the injection device despite purging.
  • Figures 1 and 2 show the pump 30 in its circulating mode of operation of the reducer in the first direction.
  • the lower part of the diagrams of Figures 1 to 4 is in fluid connection with the injection nose while the upper part of the diagrams of Figures 1 to 4 is in fluid connection with the supply channel.
  • FIG. 5 illustrates the injection device 20 with the pump 30 in a configuration similar to FIGS. 1 to 4, with the feed channel 60 above the pump 30 and the injection nose 80 below the pump 30.
  • the pump 30 comprises a first conduit 34 of fluid flow in the first direction.
  • This first duct 34 comprises a first mouth 36 in fluid connection with the upper part of the diagram, that is to say with the supply channel 60.
  • the first duct 34 further comprises a second mouth 38 in fluid connection with the part bottom of the diagram, that is to say with the injection nose 80.
  • This first duct 34 thus ensures the flow of the reducer in the first direction, from the top of the diagram to the bottom of the diagram, which corresponds to a circulation of the feed channel 60 to the injection nose 80.
  • the first duct 34 may be equipped with a valve (not shown) allowing the circulation of fluid only in the first direction according to the arrows of FIG.
  • the pump 30 comprises an injection chamber 42 showing the lower part of the diagram in fluid connection with the injection nose 80.
  • the second mouth 38 of the first channel 34 opens into the chamber
  • the piston 50 may comprise an injection head 54 moving in the injection chamber 42.
  • the movement of the piston for the circulation of the reducer in the first direction comprises a displacement of the piston 50 to a metering position of the reducer in the injection chamber 42, shown in FIG. 1.
  • the reducer then flows from the duct 34 to the lower part of the diagram via the mouth 38.
  • the movement of the piston for the flow of the reducer in the first direction then comprises a reverse displacement of the piston 50 to an injection position of the reducer, shown in Figure 2.
  • the reducer at the bottom of the diagram is then injected by the injection nose 80 in the exhaust line.
  • the reducer is sucked from the feed channel 60 to the first conduit 34, preparing the metering in the injection chamber 42 for the raising of the piston 50 in the metering position.
  • the pump 30 further comprises a second conduit 44 for fluid circulation in the second direction.
  • This second duct 44 comprises a first mouth 46 in fluid connection with the upper part of the diagram, that is to say with the supply channel 60.
  • the second duct 44 makes it possible to bring a discharge fluid into the duct. supply 60 to purge the reducer supply line when the pump 30 is actuated for the flow of fluid in the second direction.
  • the second duct 44 may be equipped with a valve (not shown) allowing the circulation of fluid only in the second direction according to the arrows of FIG.
  • the mouth 46 When the pump 30 is actuated in circulation in the first direction, the mouth 46 is continuously sealed to prevent the intake of discharge fluid into the feed channel 60.
  • the closure of the mouth 46 is advantageously compact when it is provided by the skirt 56 of the piston 50 in its movement for the circulation of the reducer in the first direction, as shown in Figures 1 and 2.
  • Figures 3 and 4 show the pump 30 in its circulating mode of operation of the reducer in the second direction. Because of the operating mode switchover, the solenoid drives the piston 50 from the high positions shown in FIGS. 1 and 2 to low positions represented by FIGS. 3 and 4. In the low position, the skirt 56 of the piston 50 is continuously closed. the second mouth 38 of the first duct 34, preventing the reducer circulation in the first direction through the first duct 34.
  • the pump 30 may comprise a supply chamber 32 representing the upper part of the diagram in fluid connection with the feed channel 60.
  • the piston 50 may comprise a feed head 53 moving in the feed chamber 32.
  • the movement of the piston for the circulation of the reducer in the second direction comprises a displacement of the piston 50 to a discharge fluid suction position in the feed chamber 32, shown in Figure 3.
  • the discharge fluid then flows from the conduit 44 to the feed chamber of the diagram via the mouth 46, in accordance with the arrows of Figure 3.
  • the movement of the piston for the circulation of the reducer in the second direction then comprises a reverse displacement to a discharge position of the reducer to the feed channel 60, shown in Figure 4.
  • the discharge fluid from the second conduit 44 is then sent through the feed channel 60 in the reducer feed line, causing the purge of the feed line.
  • Figures 3 and 4 illustrate an embodiment of the pump 30 with the second conduit 44 having a second mouth 48. This second mouth is in fluid connection with the injection nose 80.
  • the movement of the piston 50 towards the suction position draws in the supply chamber 32 exhaust gases from the exhaust line via the nose 80.
  • the exhaust gas then serve as discharge fluid of the reducer of the supply line.
  • the injection nose 80 comprises the injection valve 82 pressure calibrated previously mentioned.
  • the injection valve 82 is movable in translation relative to the rest of the injection nose 80.
  • the valve 82 closes the injection nose when the piston is in the metering position, as shown in FIG. 6.
  • the valve 82 then has a seal 86 cooperating with the means 84 to close the injection nose 80.
  • the valve 82 s opens as soon as the pressure of the reducer in the injection chamber 42 and in the injection nose 80 exceeds the calibration pressure of the valve.
  • the valve conventionally allows a dispersion of the reducer in the exhaust line at a controlled pressure.
  • the injection chamber 42 and the injection nose 80 are depressed. Such a depression does not solicit the valve 82 opening. It can then be advantageously provided that the tilting of the piston 50 in circulation in the second direction mechanically drives the opening of the valve 82.
  • the piston may then include a rod 86 for actuating the valve of the injection nose 82 in opening.
  • the rod 86 then makes it possible to actuate opening the valve 82 when the piston 50 is in the suction position and when the piston 50, that is to say when the pump 30 operates for the circulation of the fluid in the second meaning.
  • the rod 86 can cooperate with elastic means 88 mounted on the valve 82. The use of the rod 86 avoids the use of an additional actuator for opening the injection valve 82.
  • FIG. 7 illustrates another embodiment of the pump 30 with the second conduit 44 having a second mouth 40.
  • This second mouth is in fluid connection with the ambient air or a purge fluid reservoir.
  • the displacement of the piston 50 towards the suction position sucks the air or the purge fluid into the supply chamber 32.
  • the sucked-up air or the fluid then serve as delivery medium of the reducer of the supply line in reducer.
  • the purge fluid may be compressed air already available for other applications on certain motor vehicles or gases from the engine compartment.
  • the use of air or other purge fluid instead of the exhaust gases for the purge of the reducer feed line avoids corrosion of the feed line by the potentially corrosive pollutants contained in the exhaust.
  • the injection nose 80 is, in this case, hermetic to the exhaust gas for example due to the closure of the valve 82. A finite amount of gear, equal to the displacement of the injector nose, then remains uncapped .
  • the opening of the second mouth 48 of the second conduit 44 may be provided by an additional actuator such as a small solenoid, or an electro-mechanical contactor.
  • the injection device then comprises a second actuator.
  • the opening of the second mouth 48 of the second conduit 44 is preferably caused by the vacuum generated at an external suction valve (not shown), to overcome an additional actuator. The ease of integration of the device 20 is then preserved.
  • the injection device 20 may be used in a selective catalytic reduction system as previously described as comprising the gearbox reservoir connected to the injection device by the gear reducer supply line. As previously described, the flow of the reducer in the second direction causes the purge of the reducer feed line.
  • the injection device 20 can then be embedded in a vehicle comprising a combustion engine whose exhaust line is connected to the output of the engine.
  • the pump 30 then drives the reducer circulation in the first direction when the engine is running.
  • the injection device then ensures the selective catalytic reduction of the exhaust gas in the exhaust line.
  • the pump 30 causes the reducer to flow in the second direction so that the reducer supply line is purged so as to prevent the gearbox from freezing.

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Abstract

L'invention se rapporte à un dispositif d'injection (20) de réducteur pour une réduction catalytique sélective dans une ligne d'échappement de gaz de combustion, le dispositif comprenant un canal d'alimentation (60) en réducteur et un nez d'injection (80) de réducteur dans la ligne d'échappement, le dispositif d'injection comprenant en outre une pompe (30) de circulation du réducteur dans un premier sens vers le nez d'injection (80) et de circulation du réducteur dans une deuxième sens vers le canal d'alimentation (60). L'invention se rapporte en outre à une ligne d'échappement et un véhicule comprenant le dispositif d'injection de réducteur (20) L'invention permet de faciliter donc l'intégration d'un système de réduction catalytique sélective sur un véhicule.

Description

DISPOSITIF D'INJECTION DE REDUCTEUR POUR UNE REDUCTION
CATALYTIQUE SELECTIVE
[0001 ] La présente invention revendique la priorité de la demande française 1052963 déposée le 19 avril 2010 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[ooo2] La présente invention concerne un dispositif d'injection de réducteur pour une réduction catalytique sélective. L'invention concerne en outre une ligne d'échappement et un véhicule comprenant le dispositif d'injection de réducteur.
[ooo3] Dans le domaine de la dépollution des moteurs à combustion, la réduction de l'émission des NOx de moteurs Diesel est nécessaire à l'atteinte des normes sévères d'homologation. Des systèmes de dépollution des NOx sont connus pour les véhicules ayant un moteur à combustion interne, comme le piège à NOx ou le système à réduction catalytique sélective, (en anglais "sélective catalytic réduction" ou en abrégé SCR). De tels systèmes se composent généralement d'un dispositif d'injection piloté pour injecter une quantité précise de réducteur dans la ligne d'échappement, un réservoir de réducteur, une ligne d'alimentation en réducteur munie d'une pompe d'alimentation du dispositif d'injection en réducteur depuis le réservoir.
[ooo4] Cependant le réducteur gèle dans des conditions climatiques froides. Une des approches de l'art antérieur consiste à dégeler une partie du réducteur pour rendre le système opérationnel. Pour cela on dégèle une partie du réducteur contenu dans le réservoir, et la totalité du réducteur contenu dans la ligne d'alimentation en réducteur reliant le réservoir au dispositif d'injection à l'aide d'un circuit électrique chauffant. Cela présente donc un coût important, de la masse, et de la consommation électrique.
[ooo5] Une autre approche de l'art antérieur consiste lors de la coupure du contact du véhicule, à inverser un bref instant le sens de pompage de la pompe d'alimentation de manière à purger le dispositif d'injection et la ligne d'alimentation en réducteur du dispositif d'injection. Cette approche est par exemple celle des documents FR2919339 et FR2879239.
[0006] Le document FR 2 879 239 propose de disposer une pompe dans la ligne d'alimentation de réducteur pour alimenter un dispositif d'injection. Cette pompe est actionnée par un actionneur propre. La ligne d'alimentation possède en outre un ensemble de vannes pour permettre la purge de ligne d'alimentation en réducteur. L'actionnement de cet ensemble de vanne suppose un actionneur supplémentaire. Par ailleurs il est connu de disposer une pompe dans le dispositif d'injection de réducteur pour l'injection d'une quantité précise de réducteur dans la ligne d'échappement. Cette pompe additionnelle est actionnée par un nouvel actionneur propre. Ainsi pour assurer les fonctions de purge de la ligne d'échappement et d'injection précise de réducteur, l'art antérieur propose l'usage d'un grand nombre d'organes le long de la ligne d'alimentation en réducteur. Ceci rend l'intégration du système SCR complexe.
[ooo7] Il existe donc un besoin pour un système SCR dont l'intégration est facilitée.
[ooo8] Pour cela, l'invention propose un dispositif d'injection de réducteur pour une réduction catalytique sélective dans une ligne d'échappement de gaz de combustion, le dispositif comprenant un canal d'alimentation en réducteur et un nez d'injection de réducteur dans la ligne d'échappement, le dispositif comprenant en outre une pompe de circulation du réducteur dans un premier sens vers le nez d'injection et de circulation du réducteur dans une deuxième sens vers le canal d'alimentation. [ooo9] Selon une variante, la pompe comprend un unique actionneur pour la circulation du réducteur dans les deux sens.
[ooi o] Selon une variante, l'unique actionneur comprend un piston et un solénoïde de pilotage du piston. [001 1 ] Selon une variante, le solénoïde possède un mode de fonctionnement en réchauffage du dispositif d'injection, un mode de fonctionnement en pilotage du piston en circulation du réducteur dans le premier sens et un mode de fonctionnement du pilotage du piston en circulation du réducteur dans le deuxième sens.
[0012] Selon une variante, le dispositif d'injection comprend :
• un premier conduit de circulation de fluide dans le premier sens comprenant :
• une première embouchure en liaison fluidique avec le canal d'alimentation,
• une deuxième embouchure en liaison fluidique avec le nez d'injection, la deuxième embouchure étant continuellement obturée par la jupe du piston dans son mouvement pour la circulation du réducteur dans le deuxième sens ; · un deuxième conduit de circulation de fluide dans le deuxième sens comprenant une première embouchure en liaison fluidique avec le canal d'alimentation, la première embouchure du deuxième conduit étant continuellement obturée par la jupe du piston dans son mouvement pour la circulation du réducteur dans le premier sens. [0013] Selon une variante, le dispositif d'injection comprend une chambre d'alimentation en liaison fluidique avec le canal d'alimentation, la première embouchure du premier conduit et la première embouchure du deuxième conduit débouchant toutes deux dans la chambre d'alimentation, le piston comprenant une tête d'alimentation se mouvant dans la chambre d'alimentation, le mouvement du piston pour la circulation du réducteur dans le deuxième sens comprenant :
• un déplacement du piston vers une position d'aspiration de fluide de refoulement dans la chambre d'alimentation, et • un déplacement inverse du piston vers une position de refoulement du réducteur vers le canal d'alimentation.
[0014] Selon une variante, le deuxième conduit comporte une deuxième embouchure en liaison fluidique avec le nez d'injection, le déplacement du piston vers la position d'aspiration aspirant des gaz d'échappement dans la chambre d'alimentation comme fluide de refoulement du réducteur dans la ligne d'alimentation en réducteur.
[0015] Selon une variante, le nez d'injection comporte un clapet d'injection de réducteur dans la ligne d'échappement et en ce que le piston comporte un tige d'actionnement du clapet du nez d'injection en ouverture lorsque le piston est dans la position d'aspiration et lorsque le piston est dans la position de refoulement.
[0016] Selon une variante, le deuxième conduit comporte une deuxième embouchure en liaison fluidique avec l'air ambiant ou un réservoir de fluide de purge, le déplacement inverse du piston vers la position d'aspiration aspirant l'air ou le fluide de purge dans la chambre d'alimentation comme fluide de refoulement du réducteur dans la ligne d'alimentation en réducteur.
[0017] Selon une variante, le dispositif d'injection comprend une chambre d'injection en liaison fluidique avec le nez d'injection, la deuxième embouchure du premier canal débouchant dans la chambre d'injection, le piston comprenant une tête d'injection se mouvant dans la chambre d'injection, le mouvement du piston pour la circulation du réducteur dans le premier sens comprenant :
• un déplacement du piston vers une position de dosage du réducteur dans la chambre d'injection, et
• un déplacement inverse du piston vers une position d'injection du réducteur de la chambre d'injection dans la ligne d'échappement.
[0018] L'invention propose en outre une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, comprenant le dispositif d'injection de réducteur précédent et comprenant une ligne d'alimentation en réducteur du canal d'alimentation, la circulation du réducteur dans le deuxième sens entraînant la purge de la ligne d'alimentation en réducteur.
[0019] L'invention propose encore un véhicule comprenant un moteur à combustion et la ligne d'échappement précédente reliée en sortie du moteur, la pompe entraînant la circulation de réducteur dans le premier sens lorsque le moteur est tournant et la pompe entraînant la circulation du réducteur dans le deuxième sens lorsque le moteur vient d'être arrêté.
[0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : figure 1 , un schéma de la pompe du dispositif d'injection avec le piston en position de dosage du réducteur dans la chambre d'injection ; · figure 2, un schéma de la pompe du dispositif d'injection avec le piston en position d'injection du réducteur de la chambre d'injection dans la ligne d'échappement ;
• figure 3, un schéma de la pompe du dispositif d'injection avec le piston en position d'aspiration de fluide de refoulement dans la chambre d'alimentation ; figure 4, un schéma de la pompe du dispositif d'injection avec le piston en position de refoulement du réducteur de la chambre d'alimentation ; figure 5, un schéma du dispositif d'injection avec la pompe dont le piston est en position de refoulement du réducteur de la chambre d'alimentation, le piston actionnant en ouverture le clapet du nez d'injection ;
• figure 6, un schéma du dispositif d'injection avec la pompe dont le piston est en position de dosage du réducteur dans la chambre d'injection, le piston n'actionnant pas le clapet du nez d'injection en ouverture ;
• figure 7, un schéma du dispositif d'injection avec la pompe dont le piston est en position de dosage de refoulement du réducteur de la chambre d'alimentation avec un gaz de refoulement autre que les gaz d'échappement.
[0021 ] L'invention se rapporte à un dispositif d'injection de réducteur pour une réduction catalytique sélective dans une ligne d'échappement de gaz de combustion. [0022] Le dispositif d'injection comprend un canal d'alimentation en réducteur. Le canal d'alimentation en réducteur assure la liaison fluidique du dispositif d'injection avec une ligne d'alimentation du réducteur. La ligne d'alimentation du réducteur est reliée à un réservoir de réducteur. Le dispositif d'injection, la ligne d'alimentation en réducteur et le réservoir de réducteur font partie d'un système de réduction catalytique sélective embarqué de façon connue sur un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion, et une ligne d'échappement des gaz de la combustion. La ligne d'alimentation du réducteur assure la liaison fluidique en réducteur entre le dispositif d'injection, disposé dans le véhicule au niveau de la ligne d'échappement, et le réservoir de réducteur, disposé à un autre emplacement du véhicule. Classiquement lors de l'arrêt du véhicule et dans des conditions climatiques froides, le réducteur présent dans la ligne d'alimentation gèle. En effet un des réducteurs utilisés pour la réduction catalytique sélective est l'urée présentant un point de gel proche de -1 1 °C, empêchant le fonctionnement du système de réduction catalytique sélective dès le démarrage du véhicule qui l'embarque.
[0023] Le dispositif d'injection comporte en outre un nez d'injection de réducteur dans la ligne d'échappement.
[0024] Le dispositif d'injection comprend une pompe pour la circulation du réducteur vers le nez d'injection. Le nez d'injection peut comprendre une buse d'injection ou un clapet d'injection tarés en pression. La pompe du dispositif d'injection, en imposant de manière connue la circulation de réducteur vers le nez d'injection, augmente la pression du réducteur présent dans le nez d'injection. La pression du réducteur dans le nez d'injection dépasse alors la pression de tarage permettant l'injection du réducteur dans la ligne d'échappement. L'utilisation de la pompe intégrée au dispositif d'injection permet de régler précisément la quantité de réducteur injecté par cycle de pompage, particulièrement dans le cas d'une pompe à actionnement électrique. [0025] Dans la suite de ce document, la circulation du réducteur vers le nez d'injection et imposée par la pompe, est dénommée circulation dans le premier sens. Cette même pompe assure aussi une circulation du réducteur vers le canal d'alimentation. Dans la suite de ce document, la circulation du réducteur vers le canal d'alimentation et imposée par la pompe, est dénommée circulation dans le deuxième sens. Ainsi lors de l'arrêt du moteur à combustion du véhicule embarquant le dispositif d'injection, la pompe impose une circulation du réducteur dans le deuxième sens, refoulant le réducteur présent dans la ligne d'alimentation vers le réservoir de réducteur. Le deuxième sens de circulation réalise une fonction de purge du réducteur, assurant que le réducteur ne gèle pas dans la ligne d'alimentation lors de l'arrêt du véhicule et dans des conditions climatiques froides. Contrairement aux solutions de l'art antérieur, il n'est alors pas utile de rajouter une pompe réversible dans la ligne d'alimentation de réducteur en plus de la pompe du dispositif d'injection de réducteur prévue elle pour l'injection d'une quantité précise de réducteur.
[0026] En définitive le dispositif d'injection proposé limite le nombre d'organes du système de réduction catalytique sélective et facilite donc son intégration sur un véhicule automobile.
[0027] Selon la figure 1 , la pompe 30 du dispositif d'injection comprend un unique actionneur. Cet unique actionneur permet à la fois la circulation de réducteur dans le premier sens et dans le deuxième sens. L'unique actionneur peut comprendre un piston 50 et un solénoïde 70, tous deux vus en coupe sur la figure 1 . Le solénoïde 70 possède alors un mode de fonctionnement en pilotage du piston pour une circulation du réducteur dans le premier sens et un mode de fonctionnement du pilotage du piston pour une circulation du réducteur dans le deuxième sens.
[0028] Le dispositif proposé assurant l'utilisation d'un unique actionneur permet une conception simple du système de réduction catalytique sélective. Pour une amélioration de la simplicité de conception, l'unique actionneur comprend le piston 50 et le solénoïde 70. Le solénoïde 70 permet un actionnement de la pompe 50 par alimentation électrique, en fonction d'une consigne par exemple émise par le contrôle commande d'un véhicule automobile. De par l'alimentation électrique, l'utilisation du solénoïde 70 permet un pilotage précis du mouvement du piston 50 assurant un contrôle précis de la quantité de réducteur injecté quand la pompe 30 entraîne la circulation de réducteur dans le premier sens. La modification de l'alimentation électrique permet un basculement simple du fonctionnement du solénoïde d'un mode de pilotage à l'autre. Pour provoquer le basculement du mode de fonctionnement du solénoïde 70, on peut modifier le niveau de l'alimentation électrique, modifier la fréquence de l'alimentation électrique ou encore modifier l'alimentation électrique du solénoïde 70 de tout autre manière connue en soi.
[0029] Le solénoïde 70 peut posséder en outre un mode de fonctionnement en réchauffage du dispositif d'injection. Un tel mode de fonctionnement est permis lorsque l'alimentation électrique du solénoïde possède une puissance trop faible pour permettre la mise en mouvement du piston 50. L'alimentation électrique ne fournit alors pas assez de puissance au piston 50 pour permettre au piston 50 de vaincre les forces de frottement dans la pompe 30. La faible puissance de l'alimentation électrique du solénoïde est alors dissipée sous forme d'énergie thermique au sein du dispositif d'injection assurant le réchauffage du dispositif d'injection. Le réchauffage du dispositif d'injection permet en tout les cas d'assurer une montée en température rapide du réducteur lors du démarrage du moteur à combustion. Le réchauffage du dispositif d'injection permet le cas échéant de dégeler le réducteur contenu dans le dispositif d'injection malgré la purge.
[0030] Selon un mode de réalisation de l'invention, les figures 1 et 2 présentent la pompe 30 dans son mode de fonctionnement en circulation du réducteur dans le premier sens. Pour la suite de la description la partie basse des schémas des figures 1 à 4 est en liaison fluidique avec le nez d'injection alors que la partie haute des schémas des figures 1 à 4 est en liaison fluidique avec le canal d'alimentation. En effet la figure 5 illustre le dispositif d'injection 20 avec la pompe 30 dans une configuration similaire aux figures 1 à 4, avec le canal d'alimentation 60 au dessus de la pompe 30 et le nez d'injection 80 en dessous de la pompe 30.
[0031 ] De retour aux figures 1 et 2, la pompe 30 comprend un premier conduit 34 de circulation de fluide dans le premier sens. Ce premier conduit 34 comprend une première embouchure 36 en liaison fluidique avec la partie haute du schéma, c'est-à-dire avec le canal d'alimentation 60. Le premier conduit 34 comprend encore une deuxième embouchure 38 en liaison fluidique avec la partie basse du schéma, c'est-à-dire ave le nez d'injection 80.
[0032] Ce premier conduit 34 assure ainsi la circulation du réducteur dans le premier sens, du haut du schéma vers le bas du schéma, ce qui correspond à une circulation du canal d'alimentation 60 vers le nez d'injection 80. Le premier conduit 34 peut être équipé d'un clapet (non illustré) autorisant la circulation de fluide uniquement dans le premier sens selon les flèches de la figure 1 . [0033] En référence aux figures 1 et 2, la pompe 30 comprend une chambre d'injection 42 représentant la partie basse du schéma en liaison fluidique avec le nez d'injection 80. La deuxième embouchure 38 du premier canal 34 débouche dans la chambre d'injection 42. Par ailleurs, le piston 50 peut comprendre une tête d'injection 54 se mouvant dans la chambre d'injection 42. Ainsi le mouvement du piston pour la circulation du réducteur dans le premier sens emporte le mouvement de la tête d'injection 54 dans la chambre d'injection 42.
[0034] Le mouvement du piston pour la circulation du réducteur dans le premier sens comporte un déplacement du piston 50 vers une position de dosage du réducteur dans la chambre d'injection 42, représentée par la figure 1 . Le réducteur s'écoule alors depuis le conduit 34 vers la partie basse du schéma via l'embouchure 38.
[0035] Le mouvement du piston pour la circulation du réducteur dans le premier sens comporte ensuite un déplacement inverse du piston 50 vers une position d'injection du réducteur, représentée par la figure 2. Le réducteur en partie basse du schéma est alors injecté par le nez d'injection 80 dans la ligne d'échappement. De plus lors d'un tel déplacement du piston 50, le réducteur est aspiré depuis le canal d'alimentation 60 vers le premier conduit 34, préparant le dosage dans la chambre d'injection 42 pour la remontée du piston 50 en position de dosage.
[0036] En référence aux figures 1 et 2, la pompe 30 comprend en outre un deuxième conduit 44 de circulation de fluide dans le deuxième sens. Ce deuxième conduit 44 comprend une première embouchure 46 en liaison fluidique avec la partie haute du schéma, c'est-à-dire avec le canal d'alimentation 60. Le deuxième conduit 44 permet d'amener un fluide de refoulement dans le canal d'alimentation 60 pour assurer la purge de la ligne d'alimentation en réducteur lorsque la pompe 30 est actionnée pour la circulation de fluide dans le deuxième sens. Le deuxième conduit 44 peut être équipé d'un clapet (non illustré) autorisant la circulation de fluide uniquement dans le deuxième sens selon les flèches de la figure 3.
[0037] Lorsque la pompe 30 est actionnée en circulation dans le premier sens, on obture continuellement l'embouchure 46 pour empêcher l'admission de fluide de refoulement dans le canal d'alimentation 60. L'obturation de l'embouchure 46 est avantageusement compacte lorsqu'elle est assurée par la jupe 56 du piston 50 dans son mouvement pour la circulation du réducteur dans le premier sens, comme illustrée par les figures 1 et 2. [0038] Les figures 3 et 4 présentent la pompe 30 dans son mode de fonctionnement en circulation du réducteur dans le deuxième sens. Du fait du basculement de mode de fonctionnement, le solénoïde entraîne le piston 50 depuis les positions hautes représentées en figure 1 et 2 vers des positions basses représentées par les figures 3 et 4. Dans la position basse, la jupe 56 du piston 50 obture continuellement la deuxième embouchure 38 du premier conduit 34, empêchant la circulation de réducteur selon le premier sens par le premier conduit 34.
[0039] La pompe 30 peut comprendre une chambre d'alimentation 32 représentant la partie haute du schéma en liaison fluidique avec le canal d'alimentation 60. La première embouchure 36 du premier canal 34 et la première embouchure 46 du deuxième conduit 44 débouchant toutes deux dans la chambre d'alimentation 32. Par ailleurs, le piston 50 peut comprendre une tête d'alimentation 53 se mouvant dans la chambre d'alimentation 32. Ainsi le mouvement du piston pour la circulation du réducteur dans le premier sens emporte le mouvement de la tête d'alimentation 53 dans la chambre d'alimentation 32.
[0040] Le mouvement du piston pour la circulation du réducteur dans le deuxième sens comporte un déplacement du piston 50 vers une position d'aspiration de fluide de refoulement dans la chambre d'alimentation 32, représentée par la figure 3. Le fluide de refoulement s'écoule alors depuis le conduit 44 vers la chambre d'alimentation du schéma via l'embouchure 46, conformément aux flèches de la figure 3.
[0041 ] Le mouvement du piston pour la circulation du réducteur dans le deuxième sens comporte ensuite un déplacement inverse vers une position de refoulement du réducteur vers le canal d'alimentation 60, représentée par la figure 4. Le fluide de refoulement provenant du deuxième conduit 44 est alors envoyé par le canal d'alimentation 60 dans la ligne d'alimentation en réducteur, provoquant la purge de la ligne d'alimentation. [0042] Les figures 3 et 4 illustrent un mode de réalisation de la pompe 30 avec le deuxième conduit 44 comportant une deuxième embouchure 48. Cette deuxième embouchure est en liaison fluidique avec le nez d'injection 80. Ainsi le déplacement du piston 50 vers la position d'aspiration aspire dans la chambre d'alimentation 32 des gaz d'échappement provenant de la ligne d'échappement via le nez d'injection 80. Les gaz d'échappement servent alors de fluide de refoulement du réducteur de la ligne d'alimentation.
[0043] Selon la figure 5, le nez d'injection 80 comporte le clapet d'injection 82 taré en pression précédemment mentionné. Le clapet d'injection 82 est mobile en translation par rapport au reste du nez d'injection 80. Lors du fonctionnement de la pompe 30 dans le premier sens de circulation du fluide, le clapet 82 ferme le nez d'injection lorsque le piston est en position de dosage, tel que représenté en figure 6. Le clapet 82 présente alors un joint 86 coopérant avec les moyens 84 pour fermer le nez d'injection 80. Lors du déplacement du piston 50 en position d'injection, le clapet 82 s'ouvre dès que la pression du réducteur dans la chambre d'injection 42 et dans le nez d'injection 80 dépasse la pression de tarage du clapet. Le clapet permet classiquement une dispersion du réducteur dans la ligne d'échappement à une pression contrôlée.
[0044] Cependant lors de la circulation de fluide dans le deuxième sens, la chambre d'injection 42 et le nez d'injection 80 sont mis en dépression. Une telle dépression ne sollicite pas le clapet 82 en ouverture. On peut alors avantageusement prévoir que le basculement du piston 50 en circulation dans le deuxième sens entraîne mécaniquement l'ouverture du clapet 82. Le piston peut alors comporter une tige 86 d'actionnement du clapet du nez d'injection 82 en ouverture. La tige 86 permet alors d'actionner en ouverture le clapet 82 lorsque le piston 50 est dans la position d'aspiration et lorsque le piston 50, c'est-à-dire lorsque la pompe 30 fonctionne pour la circulation du fluide dans le deuxième sens. La tige 86 peut coopérer avec des moyens élastiques 88 montés sur le clapet 82. L'utilisation de la tige 86 permet d'éviter l'utilisation d'un actionneur supplémentaire pour l'ouverture du clapet d'injection 82. [0045] La figure 7 illustre un autre mode de réalisation de la pompe 30 avec le deuxième conduit 44 comportant une deuxième embouchure 40. Cette deuxième embouchure est en liaison fluidique avec l'air ambiant ou un réservoir de fluide de purge. Ainsi le déplacement du piston 50 vers la position d'aspiration aspire l'air ou le fluide de purge dans la chambre d'alimentation 32. L'air aspiré ou le fluide servent alors de fluide de refoulement du réducteur de la ligne d'alimentation en réducteur.
[0046] Le fluide de purge peut être de l'air comprimé déjà disponible pour d'autres applications sur certains véhicules automobiles ou des gaz issus du compartiment moteur. L'utilisation d'air ou d'un autre fluide de purge au lieu des gaz d'échappement pour la purge de la ligne d'alimentation en réducteur permet d'éviter la corrosion de la ligne d'alimentation par les polluants potentiellement corrosifs contenus dans les gaz d'échappement. Le nez d'injection 80 est, dans ce cas, hermétique aux gaz d'échappement par exemple du fait de la fermeture du clapet 82. Une quantité finie de réducteur, égale à la cylindrée du nez de l'injecteur, reste alors non purgée.
[0047] L'ouverture de la deuxième embouchure 48 du deuxième conduit 44 peut être prévue par un actionneur supplémentaire comme un petit solénoïde, ou un contacteur électro-mécanique. Le dispositif d'injection comporte alors un deuxième actionneur.
[0048] L'ouverture de la deuxième embouchure 48 du deuxième conduit 44 est de préférence provoquée par la dépression engendrée au niveau d'un clapet d'aspiration externe (non représenté), permettant de s'affranchir d'un actionneur supplémentaire. On conserve alors la facilité d'intégration du dispositif 20.
[0049] On peut utiliser le dispositif d'injection 20 dans un système de réduction catalytique sélective tel que précédemment décrit comme comprenant le réservoir de réducteur relié au dispositif d'injection par la ligne d'alimentation en réducteur. Tel que précédemment décrit la circulation du réducteur dans le deuxième sens entraîne la purge de la ligne d'alimentation en réducteur. [0050] Le dispositif d'injection 20 peut alors être embarqué dans un véhicule comprenant un moteur à combustion dont la ligne d'échappement est reliée en sortie du moteur. La pompe 30 entraîne alors la circulation de réducteur dans le premier sens lorsque le moteur est tournant. Le dispositif d'injection assure alors la réduction catalytique sélective des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement. Lorsque le moteur vient d'être arrêté, la pompe 30 entraîne la circulation du réducteur dans le deuxième sens de sorte que la ligne d'alimentation en réducteur est purgée permettant d'éviter le gel du réducteur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'injection (20) de réducteur pour une réduction catalytique sélective dans une ligne d'échappement de gaz de combustion, le dispositif comprenant un canal d'alimentation (60) en réducteur et un nez d'injection (80) de réducteur dans la ligne d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pompe (30) de circulation du réducteur dans un premier sens vers le nez d'injection (80) et de circulation du réducteur dans un deuxième sens vers le canal d'alimentation (60).
2. Le dispositif d'injection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pompe (30) comprend un unique actionneur (50, 70) pour la circulation du réducteur dans les deux sens.
3. Le dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unique actionneur comprend un piston (50) et un solénoïde (70) de pilotage du piston (50).
4. Le dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le solénoïde (70) possède un mode de fonctionnement en réchauffage du dispositif d'injection, un mode de fonctionnement en pilotage du piston en circulation du réducteur dans le premier sens et un mode de fonctionnement du pilotage du piston en circulation du réducteur dans le deuxième sens.
5. Le dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend :
• un premier conduit (34) de circulation de fluide dans le premier sens comprenant : - une première embouchure (36) en liaison fluidique avec le canal d'alimentation (60),
- une deuxième embouchure (38) en liaison fluidique avec le nez d'injection (80), la deuxième embouchure étant continuellement obturée par la jupe (56) du piston (50) dans son mouvement pour la circulation du réducteur dans le deuxième sens ; • un deuxième conduit (44) de circulation de fluide dans le deuxième sens comprenant une première embouchure (46) en liaison fluidique avec le canal d'alimentation (60), la première embouchure (46) du deuxième conduit (44) étant continuellement obturée par la jupe (56) du piston (50) dans son mouvement pour la circulation du réducteur dans le premier sens.
6. Le dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre d'alimentation (32) en liaison fluidique avec le canal d'alimentation (60), la première embouchure (36) du premier conduit (34) et la première embouchure (46) du deuxième conduit (44) débouchant toutes deux dans la chambre d'alimentation (32), le piston comprenant une tête d'alimentation (53) se mouvant dans la chambre d'alimentation (32), le mouvement du piston pour la circulation du réducteur dans le deuxième sens comprenant :
· un déplacement du piston (50) vers une position d'aspiration de fluide de refoulement dans la chambre d'alimentation (32), et
• un déplacement inverse du piston (50) vers une position de refoulement du réducteur vers le canal d'alimentation (60).
7. Le dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le deuxième conduit (44) comporte une deuxième embouchure (48) en liaison fluidique avec le nez d'injection (80), le déplacement du piston (50) vers la position d'aspiration aspirant des gaz d'échappement dans la chambre d'alimentation (32) comme fluide de refoulement du réducteur dans la ligne d'alimentation en réducteur.
8. Le dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le nez d'injection (80) comporte un clapet d'injection (82) de réducteur dans la ligne d'échappement et en ce que le piston (50) comporte une tige (86) d'actionnement du clapet du nez d'injection (82) en ouverture lorsque le piston (50) est dans la position d'aspiration et lorsque le piston (50) est dans la position de refoulement.
9. Le dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le deuxième conduit (44) comporte une deuxième embouchure (40) en liaison fluidique avec l'air ambiant ou un réservoir de fluide de purge, le déplacement inverse du piston (50) vers la position d'aspiration aspirant l'air ou le fluide de purge dans la chambre d'alimentation (32) comme fluide de refoulement du réducteur dans la ligne d'alimentation en réducteur (60).
10. Le dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre d'injection (42) en liaison fluidique avec le nez d'injection (80), la deuxième embouchure (38) du premier canal (34) débouchant dans la chambre d'injection (42), le piston comprenant une tête d'injection (54) se mouvant dans la chambre d'injection (42), le mouvement du piston pour la circulation du réducteur dans le premier sens comprenant :
• un déplacement du piston (50) vers une position de dosage du réducteur dans la chambre d'injection (42) , et
• un déplacement inverse du piston (50) vers une position d'injection du réducteur de la chambre d'injection (42) dans la ligne d'échappement.
11. Ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle comprend le dispositif (20) d'injection de réducteur dans la ligne selon l'une des revendications 1 à 10 et en ce qu'elle comprend une ligne d'alimentation en réducteur du canal d'alimentation (60), la circulation du réducteur dans le deuxième sens entraînant la purge de la ligne d'alimentation en réducteur.
12. Véhicule comprenant un moteur à combustion caractérisé en ce qu'il comprend en outre une ligne d'échappement selon la revendication précédente, reliée en sortie du moteur, la pompe (30) entraînant la circulation de réducteur dans le premier sens lorsque le moteur est tournant et la pompe (30) entraînant la circulation du réducteur dans le deuxième sens lorsque le moteur vient d'être arrêté.
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