Brevet FR3085428A1 — publié le 20200306

Dispositif de chauffage de gaz d'échappement, notamment pour un moteur à combustion La présente invention concerne un dispositif de chauffage de gaz d'échappement, notamment pour un moteur à combustion. Un tel dispositif de chauffage est destiné à chauffer les gaz d'échappement et un catalyseur, afin d'optimiser la conversion catalytique des gaz polluants, dans un véhicule en mouvement, tel qu'un véhicule automobile, un camion, un navire, ou dans un moteur stationnaire comme par exemple un groupe électrogène. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de chauffage de gaz d'échappement, comportant un cadre de support délimitant un passage pour le gaz, et au moins un élément conducteur s'étendant entre deux extrémités et agencé dans le passage, chaque élément conducteur étant relié à chacune de ses extrémités à une électrode respective. L'élément conducteur est sujet à des conditions de vie relativement difficiles, du fait qu'il se trouve dans le passage des gaz d'échappements. Plus particulièrement, l'élément conducteur est notamment soumis à une température élevée, des réactions chimiques, des chocs avec des particules, etc. L'invention a notamment pour but d'assurer une fixation efficace de chaque élément conducteur, malgré ces conditions de vie difficile. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un dispositif de chauffage de gaz d'échappement, comportant un cadre de support délimitant un passage pour les gaz, et au moins un élément conducteur s'étendant entre deux extrémités et agencé dans le passage, chaque élément conducteur étant relié à chacune de ses extrémités à une électrode respective, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une plaque isolante électriquement de support de chaque élément conducteur, solidarisée au cadre de support. Avantageusement, l'invention s'applique à un dispositif de chauffage comprenant un dispositif d'électrodes dont les deux bornes sont agencées d'un même côté, contrairement à des dispositifs connus de l'état de la technique dans lesquels les bornes sont diamétralement opposées, ce qui présente un encombrement supérieur à l'extérieur du boîtier de dépollution. Un tel dispositif d'électrodes dont les deux bornes sont agencées d'un même côté est donc plus compact. Par exemple, l'entraxe entre les bornes est inférieur à 10 cm, de préférence inférieur à 5 cm, et encore plus préférentiellement entre 3 et 4 cm. 2 Un dispositif de chauffage selon l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables. - Chaque plaque de support comporte, pour chaque élément conducteur, au moins 5 une fente respective de passage de cet élément conducteur, chaque fente de passage s'étendant entre une extrémité ouverte et une extrémité fermée, et comprenant un épaulement entre les extrémités ouverte et fermée, l'élément conducteur étant disposé entre l'extrémité fermée et l'épaulement. - Le dispositif de chauffage comporte une pluralité de plaques de support, parmi 10 lesquelles : - une première plaque centrale, solidarisée au cadre de support, - au moins une seconde plaque, s'étendant entre une première extrémité reliée au cadre de support, et une seconde extrémité munie d'une fente engagée sur la première plaque centrale. 15 - Le dispositif de chauffage comporte au moins une paire de secondes plaques, de préférence deux paires de secondes plaques, les secondes plaques d'une même paire s'entrecroisant à leurs secondes extrémités au niveau de la plaque centrale. - Chaque plaque de support est reliée au cadre de support, par insertion d'au moins une extrémité de cette plaque de support dans une fente ménagée à cet effet dans 20 le cadre de support. - Chaque plaque de support est réalisée en matériau isolant électriquement et résistant à des températures supérieures à 500°C, par exemple en mica. - Le cadre de support présente une surface intérieure délimitant ledit passage, et une surface extérieure, la surface extérieure étant munie d'au moins un élément de 25 calage, destiné à être intercalé entre le cadre de support et une paroi intérieure d'un boîtier de ligne d'échappement. - Le cadre de support est formé par le boîtier. - Le dispositif de chauffage comporte au moins un élément conducteur destiné à être agencé dans un passage de gaz d'échappement, et conformé pour chauffer les gaz 30 d'échappement circulant dans ce passage, chaque élément conducteur s'étendant dans un sens prédéfini entre une première et une seconde extrémité, et une première borne électrique positive et une seconde borne électrique négative, et des première et seconde pièces de connexion réalisées en matériau conducteur, telles que chaque pièce de connexion comporte : une première partie longitudinale sensiblement plane, s'étendant 35 dans une direction longitudinale, une seconde partie de connexion, reliée à la première partie en s'étendant transversalement à cette première partie, la seconde partie étant 3 connectée à l'une respective des bornes, au moins une troisième partie, reliée à la première partie en s'étendant transversalement à cette première partie, chaque élément conducteur ayant l'une de ses extrémités connectée à la seconde ou troisième partie de l'une des pièces de connexion, et l'autre de ses extrémités connectées à la seconde ou 5 troisième partie de l'autre pièce de connexion. - Le dispositif de chauffage comporte au moins deux éléments conducteurs, de préférence agencés en parallèle l'une de l'autre. - Au moins l'un des éléments conducteurs a sa première extrémité connectée à la première borne et sa seconde extrémité connectée à la seconde borne, de sorte qu'un 10 premier courant électrique circule dans cet élément conducteur, dans un premier sens de circulation, au moins un autre des éléments conducteurs a sa première extrémité connectée à la seconde borne et sa seconde extrémité connectée à la première borne, de sorte qu'un second courant électrique circule dans cet élément conducteur dans un second sens de circulation opposé au premier sens. 15 - Le dispositif de chauffage comporte des moyens de maintien en contact des extrémités de chaque élément conducteur sur les pièces de connexion, les moyens de maintien comprenant par exemple un serre joint ou un goujon traversant les éléments conducteurs et les deuxièmes et troisièmes parties des pièces de connexion. - Chaque troisième partie de chaque pièce de connexion est disposée, dans la 20 direction longitudinale, soit entre la seconde partie et une troisième partie adjacente à cette seconde partie de l'autre pièce de connexion, soit entre deux troisièmes parties adjacentes de l'autre pièce de connexion. - Des couches de matériau isolant électriquement sont insérées entre les pièces de connexion, chaque couche de matériau isolant étant insérée entre l'une respective des 25 troisièmes parties de l'une des pièces de connexion et la seconde partie de l'autre pièce de connexion, ou entre l'une des respective des troisièmes parties de l'une des pièces de connexion et l'une respective des troisièmes parties de l'autre pièce de connexion. - Chaque extrémité de chaque élément conducteur est fixée à l'une respective des seconde ou troisième parties de l'une respective des pièces de connexion, entre cette 30 seconde ou troisième partie et la couche de matériau isolant cette seconde ou troisième partie. - Le matériau isolant est du mica. - Le dispositif de chauffage comporte des premier, deuxième, troisième et quatrième éléments conducteur sensiblement parallèles et s'étendant toutes dans un 35 même plan, telles que : le premier élément conducteur extérieur entoure tous les autres éléments conducteurs, le deuxième élément conducteur entoure les troisième et 4 quatrième éléments conducteurs, le troisième élément conducteur entoure le quatrième élément conducteur, les premières extrémités des premier et quatrième éléments conducteurs sont connectées à la première borne positive et leurs secondes extrémités sont connectée à la seconde borne négative, et les premières extrémités des deuxième et 5 troisième éléments conducteurs sont connectées à la seconde borne négative et leurs secondes extrémités sont connectées à la première borne positive. L'invention concerne également une ligne d'échappement de moteur à combustion, comprenant un boîtier de ligne d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage tel que défini précédemment, logé dans le boîtier. 10 L'invention concerne également un véhicule automobile, comprenant une ligne d'échappement telle que définie précédemment. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures annexées, parmi lesquelles : 15 - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de chauffage selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; - les figures 2 et 3 représentent partiellement, du dessus, une plaque de support du dispositif de chauffage de la figure 1, respectivement avec une languette en position fermée et la languette repliée en position ouverte. 20 On a représenté, sur la figure 1, un dispositif 10 de chauffage de gaz d'échappement selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de chauffage 10 est agencé dans un boîtier 12 de ligne d'échappement, à travers lequel les gaz d'échappement sont destinés à circuler, à proximité d'un catalyseur. Le boîtier 12 présente par exemple une forme générale cylindrique à base 25 circulaire. Le dispositif de chauffage 10 comporte un cadre de support 14, délimitant un passage pour les gaz d'échappement. Le cadre de support 14 présente par exemple une forme générale cylindrique à base circulaire, de préférence coaxiale avec le boîtier 12. Le cadre de support 14 présente une surface intérieure délimitant ledit passage, et 30 une surface extérieure tournée vers le boîtier 12. La surface extérieure est munie d'au moins un élément de calage 16, destiné à être intercalé entre le cadre de support 14 et une paroi intérieure du boîtier 12 de ligne d'échappement. Les éléments de calage 16 définissent donc un espace circulaire entre le cadre de support 14 et le boîtier 12. Les éléments de calage 16 sont fixés au cadre de support 14 d'une part, et au 35 boîtier 12 d'autre part, par exemple par soudage. 5 Dans l'exemple décrit, les éléments de calage 16 sont formés par des languettes. En variante, on pourrait agencer un seul élément de calage, formé par une nappe isolante thermiquement. Conformément à une variante non représentée, le cadre de support est 5 directement formé par le boîtier 12. Le dispositif de chauffage 10 comporte par ailleurs au moins un élément conducteur 18 s'étendant entre deux extrémités, et agencé dans le passage. Dans l'exemple décrit, le dispositif de chauffage 10 comporte quatre éléments conducteurs 18 agencés en parallèle. En considérant un plan médian du dispositif de 10 chauffage 10, chaque élément conducteur 18 a ses extrémités de part et d'autre de ce plan médian. Le dispositif de chauffage 10 comporte deux électrodes 20, l'une formant une borne négative et l'autre formant une borne positive. Chaque extrémité de chaque élément conducteur 18 est reliée à l'une respective des électrodes 20. Chaque élément 15 conducteur 18 est fixé aux électrodes 20 par l'intermédiaire d'un organe de connexion, par exemple par un système vis/écrou, par soudage ou par brasage. Un courant électrique est donc susceptible de circuler dans l'élément conducteur 18, ce qui a pour effet d'augmenter sa température par effet Joule. Ceci permet de chauffer les gaz d'échappement passant dans le dispositif de chauffage 10. 20 Conformément à une variante, l'une des électrodes est formée par le boîtier 12. Dans ce cas, le dispositif 10 comporte une électrode positive 20, et le boîtier 12 forme une électrode négative ou une masse. Avantageusement, au moins l'un des éléments conducteurs 18, de préférence chaque élément conducteur 18, comporte deux parties latérales courbes, par exemple en 25 arc de cercle, et une partie centrale comprenant deux portions sensiblement droites, prolongeant chacune l'une des parties latérales, et convergeant l'une vers l'autre. Cette forme permet d'augmenter la longueur de l'élément conducteur 18, par rapport à un élément conducteur qui serait circulaire. Par exemple, au moins l'un des éléments conducteurs 18, de préférence chaque 30 élément conducteur 18, présente une longueur supérieure à 100 mmm, et de préférence supérieure à 250 mm. Selon un autre exemple, au moins l'un des éléments conducteurs 18, de préférence chaque élément conducteur 18, présente une longueur inférieure ou égale à la circonférence du boîtier 12. 6 Selon encore un autre exemple, au moins l'un des éléments conducteurs 18, de préférence chaque élément conducteur 18, présente une longueur supérieure ou égale à la circonférence du boîtier 12. En effet, l'efficacité des éléments conducteurs 18 augmente avec leur longueur, la 5 surface d'échange entre les gaz d'échappement et les éléments conducteurs 18, ainsi que la résistance, augmentant avec cette longueur. La capacité à chauffer augmente donc avec la longueur des éléments conducteurs. Conformément à l'exemple décrit, au moins l'un des éléments conducteurs 18, de préférence chaque élément conducteur 18, est formé par une lame, présentant une 10 largeur inférieure à sa longueur, et une épaisseur très inférieure à sa largeur. Par exemple, la largeur d'au moins l'un des éléments conducteurs 18, de préférence de chaque élément conducteur 18, est inférieure à 10mm, de préférence environ égale à 5mm. En effet, l'efficacité des éléments conducteurs 18 augmente lorsque leur largeur diminue, leur résistance et donc leur capacité à monter en température 15 augmentant. Par exemple, l'épaisseur d'au moins l'un des éléments conducteurs 18, de préférence de chaque élément conducteur 18, est une inférieure à 0,2 mm et de préférence environ égale à 0,1 mm. Cette faible épaisseur permet de réduire le temps de réaction du dispositif. 20 Les dimensions définies ci-dessus permettent d'optimiser l'efficacité des éléments conducteurs pour une énergie électrique donnée. On notera que les éléments conducteurs 18 sont par exemple réalisés en Nickel-Chrome (NiCr), Fer-Chrome-Aluminium (FeCrAl) ou en un alliage d'acier inoxydable pour augmenter leur durée de vie. 25 En variante, les éléments conducteurs 18 pourraient être gaufrés ou torsadés pour augmenter leur longueur totale dans un encombrement donné. Conformément à une variante, les éléments conducteurs 18 peuvent être formés par des filaments. Le dispositif de chauffage 10 selon l'invention comporte au moins une plaque de 30 support de chaque élément conducteur 18, solidarisée au cadre de support 14. Chaque plaque de support comporte, pour chaque élément conducteur 18, une fente 24 respective de passage de cet élément conducteur 18. De préférence, chaque fente de passage 24 s'étend entre une extrémité ouverte et une extrémité fermée, et comprend un épaulement entre les extrémités ouverte et fermée. 35 L'élément conducteur 18 est alors disposé entre l'extrémité fermée et l'épaulement, de manière à être maintenu dans la fente de passage 24. 7 De préférence, comme cela est représenté sur les figures 2 et 3, chaque plaque de support 26, 28, 30 comporte, pour chaque fente 24, une languette 32 pliable entre une position ouverte dans laquelle elle libère l'accès à la fente 24 (Figure 3), et une position fermée dans laquelle cette languette 32 forme ledit épaulement (Figure 2). 5 D'autres systèmes de verrouillage peuvent être envisagés : fente refermée par points de soudure, collage réfractaire, haute température (type colle céramique) ou fente non débouchante. Avantageusement, le dispositif de chauffage 10 comporte une pluralité 22 de plaques de support, parmi lesquelles : 10 - une première plaque centrale 26, solidarisée au cadre de support 14, et s'étendant par exemple dans ledit plan médian ; - au moins une paire de secondes plaques 28, 30, de préférence deux paires de secondes plaques, chaque seconde plaque 28, 30 s'étendant entre une première extrémité reliée au cadre de support 14, et une seconde extrémité munie d'une fente 15 engagée sur la première plaque centrale 26. Chaque plaque de support 26, 28, 30 est reliée au cadre de support 14, par insertion d'au moins une extrémité de cette plaque de support 26, 28, 30 dans une fente ménagée à cet effet dans le cadre de support 14. Cette fente peut être fermée à ses deux extrémités, ou en variante fermée à une extrémité et comportant une languette pliable à 20 l'autre extrémité. Les secondes plaques 28, 30 d'une même paire s'entrecroisent au niveau de la plaque centrale 26. La première plaque 26 comporte une fente de passage 24 pour chaque élément conducteur 18. 25 Les secondes plaques 28 de l'une des paires comportent chacune deux fentes de passage 24 pour chaque élément conducteur 18. Les secondes plaques 30 de l'autre paire comportent chacune une fente de passage 24 pour chaque élément conducteur 18. Cette pluralité 22 de plaques de support forme une structure autoportante, particulièrement robuste pour l'environnement dans lequel est agencé le dispositif de 30 chauffage 10. Il est à noter que chaque plaque de support 26, 28, 30 est réalisé dans un matériau isolant électriquement et résistant à des températures supérieures à 500°C, REVENDICATIONS1. Dispositif (10) de chauchauffage de gaz d'échappement, comportant un cadre de support (14) délimitant un passage pour les aaz, et au moins un élément conducteur (18) s'étendant entre deux extrémités et agencé dans le passage, chaque élément conducteur (18) étant relié à chacune de ses extrémités à une électrode (20) respective, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une plaque isolante électriquement (26, 28, 30) de support de chaque élément conducteur (18), solidarisée au cadre de support (14). 10 2. Dispositif de chauffage (10) selon la revendication 1, dans lequel chaque plaque de support (26, 28, 30) comporte, pour chaque élément conducteur (18), au moins une fente (24) respective de passage de cet élément conducteur (18), chaque fente de passage (24) s'étendant entre une extrémité ouverte et une extrémité fermée, et comprenant un épaulement entre les extrémités ouverte et fermée, l'élément conducteur 15 (18) étant disposé entre l'extrémité fermée et l'épaulement. 3. Dispositif de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes; comportant une pluralité (22) de plaques de support (26, 28, 30), parmi lesquelles 20 une première plaque centrale (26), solidarisée cadre de support (14), - au moins une seconde plaque (28, 30), s'étendant entre une première extrémité reliée au cadre de support (14), et une seconde extrémité munie d'une fente engagée sur la première plaque centrale (26). 25 4. Dispositif de chauffage (10) selon la revendication 3, comportant au moins une paire de secondes plaques (28, 30); de préférence deux paires de secondes plaques (28, 30), les secondes plaques d'une même paire s'entrecroisant à leurs secondes extrémités au niveau de la plaque centrale (26). 30 5. Dispositif de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque plaque de support (26, 28, 30) est reliée au cadre de support (14), par insertion d'au moins une extrémité de cette plaque de support (26, 28, 30) dans une fente ménagée à cet effet dans le cadre de support (14). 6. Dispositif de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque plaque de support (26, 28, 30) est réalisée en matériau 9 isolant électriquement et résistant à des températures supérieures à 500t., par exemple en mica. 7. Dispositif de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le cadre de support (14) présente une surface intérieure délimitant ledit passage, et une surface extérieure, la surface extérieure étant munie d'au moins un élément de calage (16), destiné à être intercalé entre le cadre de support (14) et une paroi intérieure d'un boîtier (12) de ligne d'échappement. 10 u. Dispositif de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 dans lequel le cadre de support est formé par le boîtier (12). 9. Ligne d'échappement de moteur à combustion, comprenant un boîtier (12) de ligne d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage (10) 15 selon l'une quelconque des revendications précédentes, logé dans le boîtier (12). 10. Véhicule automobile, comprenant une ligne d'échappement selon la revendication 9. 20