Brevet FR3091729A1 — publié le 20200717

Description Titre de l'invention : Dispositif de chauffage de gaz d'échappement, comportant une tige d'alimentation électrique perfectionnée [0001] 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 (l'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. [0002] Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de chauffage du type comportant un élément chauffant conformé pour être agencé dans un flux de gaz d'échappement, et des moyens d'alimentation électrique connectés à l'élément chauffant pour faire passer un courant électrique dans cet élément chauffant. [0003] Les moyens d'alimentation électrique comportent notamment une tige d'alimentation électrique. [0004] La tige d'alimentation électrique est destinée à fournir un fort courant électrique à l'élément chauffant. [0005] L'invention a notamment pour but de trouver un compromis optimal entre les di- mensions de la tige (épaisseur, masse), la chute de tension induite et l'auto-échauffement de la tige, tout en maintenant une bonne résistance mécanique et une bonne résistance chimique aux gaz d'échappement. [0006] 11 est à noter que la tige présente une fonction mécanique de support du centre de l'élément chauffant. La tige doit donc conserver une rigidité suffisante à haute température. [0007] Afin de remédier aux problèmes mentionnés ci-dessus, l'invention a notamment pour objet un dispositif de chauffage de gaz d'échappement de moteur à combustion, du type comportant un élément électrique chauffant conformé pour être agencé dans un flux de gaz d'échappement, et une tige d'alimentation électrique connectée à l'élément électrique chauffant, caractérisé en ce que la tige d'alimentation électrique comporte : [0008] - une âme réalisée en un premier matériau conducteur présentant une conductivité électrique supérieure à 5,0x106S.m ', et [0009] - une gaine rigide réalisée en un second matériau conducteur résistant à l'oxydation due aux gaz d'échappement. [0010] L'âme est réalisée en un matériau présentant un bon comportement de conduction électrique, de sorte qu'elle permet une faible chute de tension induite, et un faible auto-échauffement. 2 [0011] Par ailleurs, la gaine en second matériau permet de protéger le premier matériau contre l'oxydation à haute température par les gaz d'échappement. En outre, cette gaine est rigide pour conférer une rigidité suffisante à l'intégralité de la tige. [0012] Un dispositif de chauffage selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement envisageables. [0013] - Le premier matériau est du cuivre. [0014] - La tige d'alimentation électrique s'étend entre deux extrémités, dont au moins l'une, de préférence les deux, comporte un embout respectif solidarisé à la gaine rigide de la tige d'alimentation électrique. [0015] - Au moins l'un des embouts est formé par une partie de l'élément électrique chauffant. [0016] - A chaque extrémité, l'âme est en contact avec la gaine rigide et l'embout cor- respondant, et la gaine rigide est en contact avec l'embout correspondant, permettant ainsi le passage d'un courant électrique d'un embout à l'autre à travers l'âme. [0017] - L'âme, la gaine rigide et les embouts sont solidarisés entre eux par sertissage, soudage, brasage ou vissage. [0018] - Le second matériau est choisi parmi les matériaux suivants : acier inoxydable, Inconel, NiCr, FeCrAI, et de préférence l'acier inoxydable. [0019] - L'âme de la tige d'alimentation électrique est formée d'une pluralité de filaments parallèles entre eux ou par un barreau plein. [0020] Selon un deuxième aspect, l'invention concerne également une ligne d'échappement de moteur à combustion, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de chauffage tel que défini précédemment. [0021] Selon un troisième aspect, l'invention concerne enfin un véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte une ligne d'échappement telle que définie précédemment. [0022] 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 : [0023] - [Fig 1] La figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un dispositif de chauffage selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; [0024] - [Fig 2] La figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un détail d'une tige d'alimentation électrique équipant le dispositif de chauffage de la figure 1 ; [0025] - [Fig 3] La figure 3 est une vue schématique en coupe transversale de la tige d'alimentation électrique de la figure 2. [0026] 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 destiné à être agencé dans une ligne d'échappement, à travers laquelle les gaz 3 d'échappement sont destinés à circuler, à proximité d'un organe 12 de purification des gaz d'échappement. [0027] L'organe de purification 12 est par exemple un catalyseur SCR, un catalyseur trois voies, un catalyseur d'oxydation ou un piège à NOx. [0028] Le dispositif de chauffage 10 comporte un boîtier 14. Le boîtier 14 est au moins en partie cylindrique, présentant par exemple en partie une forme générale cylindrique à hase circulaire. L'organe de purification 12 est par exemple logé dans le boîtier 14, notamment dans sa partie cylindrique. Le boîtier 14 forme alors une enveloppe tubulaire. [0029] Le dispositif de chauffage 10 comporte par ailleurs des moyens 16 d'alimentation électrique, et plus particulièrement des moyens de liaison avec une source d'alimentation de courant électrique non représentée. Les moyens d'alimentation électrique 16 comportent notamment une tige d'alimentation électrique 17. [0030] Le dispositif de chauffage 10 comporte par ailleurs un élément électrique chauffant 18, par exemple formé par une grille réalisée en un matériau conducteur électrique. En variante, l'élément électrique chauffant 18 est formé par une mousse, un catalyseur en nid d'abeille ou un treillis métallique. [0031] Le matériau conducteur électrique de l'élément électrique chauffant 18 est par exemple choisi parmi le Fer-Chrome-Aluminium (FeCrAl) et ses alliages, le Nickel-Chrome (NiCr) et ses alliages, l'acier inoxydable, l'Inconel® ou le carbure de silicium. Par exemple, le matériau est du Kanthal® Al, du Nichrome® 80 ou du Nikrothal® 80. [0032] Une telle grille est formée de brins délimitant entre eux des ouvertures, les brins étant reliés entre eux dans des zones de jonction. [0033] L'élément électrique chauffant 18 comporte une partie centrale à laquelle est connectée la tige d'alimentation électrique 17. [0034] La tige d'alimentation électrique 17 est représentée plus en détail sur la figure 2. [0035] La tige d'alimentation électrique 17 comporte une âme 20, réalisée en un premier matériau présentant une conductivité électrique suffisante pour transmettre de l'électricité à l'élément électrique chauffant. Plus particulièrement, la conductivité électrique du premier matériau est supérieure à 5,0x106 S.m ', de préférence supérieure à 30,0x106 S.m plus préférentiellement supérieure à 40,0x106 S.m ', et encore plus préférentiellement supérieure à 55,0x106 S.m'. Une telle conductivité électrique élevée permet un transfert optimal d'énergie électrique, sans surchauffe excessive. [0036] 11 est à noter que le premier matériau sera choisi de sorte que sa conductivité électrique soit la plus importante possible dans les contraintes d'intégration et de masse liées au dispositif de chauffage 10. [0037] Dans un mode de réalisation préféré, le premier matériau est du cuivre, et présente donc une conductivité électrique de 59,6x106 S.m-I. En variante, le premier matériau peut être de l'argent (présentant une conductivité électrique de 63,0x106 S.nr'), de l'or (présentant une conductivité électrique de 45,2x106S.m4) ou de l'aluminium (présentant une conductivité électrique de 37,7x106S.m4), [0038] Comme cela est notamment représenté sur la figure 3, l'âme 20 de la tige d'alimentation électrique 17 est par exemple formée d'une pluralité de filaments 22 pa- rallèles entre eux. En variante, l'âme 20 pourrait être formée d'un barreau plein. [0039] La tige d'alimentation électrique 17 comporte par ailleurs une gaine rigide 24 entourant l'âme 20, la gaine rigide 24 étant réalisée en un second matériau résistant à l'oxydation duc aux gaz d'échappement. Lc second matériau est également conducteur électrique, mais présente une conductivité électrique inférieure à celle du premier matériau. [0040] Dans un mode de réalisation préféré, le second matériau est un acier inoxydable. En variante, le second matériau peut être un autre matériau tel que : Inconel, NiCr, ou FeCrAI. [0041] La gaine rigide 24 a notamment pour fonction de protéger l'âme 20 des gaz d'échappement. [0042] On notera que l'âme 20 est en contact direct avec la gaine rigide 24, c'est-à-dire qu'aucun matériau n'est interposé radialement entre l'âme 20 et la gaine rigide 24. [0043] Par ailleurs, la tige d'alimentation électrique 17 étant connectée à l'élément électrique chauffant 18, la gaine rigide 24 a également pour fonction de maintenir mé- caniquement cet élément électrique chauffant 18, dans la plage des températures considérées, allant de -30°C à 950°C en continu, et jusqu'à 1100°C en pic. [0044] La tige d'alimentation électrique 17 s'étend entre des première 17a et seconde 17b extrémités. [0045] La première extrémité 17a de la tige d'alimentation électrique 17 est connectée à un dispositif d'alimentation électrique, ou à un câble d'alimentation électrique. Cette première extrémité 17a de la tige d'alimentation électrique 17 s'étend en dehors du boîtier 14. Ainsi, la tige d'alimentation électrique 17 traverse une paroi délimitant le boîtier 14. [0046] La seconde extrémité 17b de la tige d'alimentation électrique 17 est connectée à l'élément électrique chauffant 18. [0047] Avantageusement, la tige d'alimentation électrique 17 comporte, à au moins l'une de ses extrémités 17a, 17b, un embout 26a, 26b. Dans un mode de réalisation préféré, la tige d'alimentation électrique 17 comporte un premier embout 26a à sa première extrémité 17a, et un second embout 26b à sa seconde extrémité 17b. [0048] Conformément à un exemple de réalisation, le second embout 26b est formé par une partie de l'élément électrique chauffant 18. En variante, le second embout 26b est destiné à être rapporté sur l'élément électrique chauffant 18. [0049] Chaque embout 26a, 26h est solidarisé à la gaine rigide 24 de la tige d'alimentation électrique 17. Chaque emhout 26a, 26h est par exemple solidarisé à la gaine rigide 24 de la tige d'alimentation électrique 17 par soudage, sertissage, vissage ou brasage. Dans le cas du soudage, il est nécessaire que le second matériau constituant la gaine rigide 24 soit soudable. C'est le cas de l'acier inoxydable. [0050] Les embouts, notamment le second embout 26h, permet d'éviter que les gaz d'échappement viennent en contact avec l'âme 20 de la tige d'alimentation électrique 17 à sa seconde extrémité 17h. L'âme 20 de la tige d'alimentation électrique 17 est donc intégralement protégée des gaz d'échappement. [0051] On notera que chaque emhout 26a, 26h est réalisé en un matériau conducteur élec- triquement, par exemple choisi parmi le Fer-Chrome-Aluminium (FeCrAI) et ses alliages, le Nickel-Chrome (NiCr) et ses alliages, l'acier inoxydable ou l'Inconel®. Par exemple, le matériau conducteur électriquement est du Kanthal® Al, du Nichrome® 80 ou du Nikrothal® 80. De préférence, chaque embout 26a, 26h est réalisé dans le même matériau que la gaine 24, pour une meilleure compatibilité de soudure. [0052] Afin d'assurer un bon contact électrique entre l'âme 20 et la gaine 24 de la tige d'alimentation électrique 17 aux extrémités 17a, 17h de cette tige d'alimentation électrique 17, la gaine 24 est pincée sur l'âme 20 à au moins l'une des extrémités 17a, 17h de la tige d'alimentation électrique 17, comme cela est représenté sur la figure 2. [0053] En variante, ou de manière complémentaire, l'âme 20 de la tige d'alimentation électrique 17 est solidarisée à la gaine 24 par brasage à au moins l'une des extrémités 17a, 17b de la tige d'alimentation électrique 17, comme cela est représenté sur la figure 2 par la zone de brasage 28. [0054] On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, mais pourrait présenter diverses variantes complémentaires. 6