Brevet FR3096077A1 — publié le 20201120

Description Titre de l'invention : Dispositif amélioré de chauffage de gaz d'échappement [0001] La présente invention 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. [0002] Plus particulièrement, les lignes d'échappement de véhicules équipés de moteurs thermiques comportent typiquement des organes de purification catalytiques, permettant par exemple de convertir les NOx, le CO et les hydrocarbures en N2, CO2 et H2O. Dc tels organes ne sont efficaces que lorsque le matériau catalytique se trouve à une température minimum. [0003] A cet effet, il a été développé des dispositifs de purification intégrant un dispositif dc chauffage monté en vis-à-vis de la face amont d'un organe de purification, de manière à chauffer l'organe de purification dc manière accélérée au démarrage du véhicule. [0004] L'invention concerne un dispositif de chauffage du type comportant une grille et des moyens d'alimentation électrique connectés à la grille pour faire passer un courant électrique dans cette grille. [0005] L'invention a notamment pour but d'améliorer un tel dispositif dc chauffage, notamment en réduisant sa durée d'allumage. [0006] A cet effet, l'invention a notamment pour objet un dispositif dc chauffage dc gaz d'échappement de moteur à combustion, du type comprenant une première grille et des moyens d'alimentation électrique connectés à la première grille pour faire passer un courant électrique dans cette première grille, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage comporte une seconde grille, les moyens d'alimentation comportant des première et seconde électrodes, la première électrode étant électriquement connectée à la première grille et la seconde électrode étant électriquement connectée à la seconde grille. [0007] Le dispositif de chauffage selon l'invention comporte deux grilles, ce qui permet de chauffer plus rapidement, et mieux, le gaz d'échappement passant par ces grilles. Il en résulte que la durée d'allumage du dispositif de chauffage est réduite, par rapport à un dispositif de chauffage de l'état de la technique ne comportant qu'une pille. [0008] Les électrodes concentriques permettent d'alimenter en électricité les deux pilles alors qu'elles sont physiquement agencées parallèlement l'une par rapport à l'autre, de 2 sorte que le gaz d'échappement passe à travers les deux grilles. [0009] Un dispositif de chauffage selon l'invention peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables. [0010] - Les première et seconde électrodes sont concentriques. [0011] - La seconde grille est connectée électriquement en série avec la première grille. [0012] - La première grille est délimitée par un premier contour, et la seconde grille est délimitée par un second contour, le premier contour étant électriquement connecté au second contour. [0013] - Un élément électriquement isolant est radialement interposé entre les première et second électrodes concentriques. [0014] - Le dispositif de chauffage comporte un boiticr muni d'une ouverture délimitée par un bord, dans laquelle sont logées les première et seconde grilles, la première grille étant délimitée par un premier contour extérieur, et la seconde grille étant délimitée par un second contour extérieur, au moins un support isolant étant agencé radialcment entre le premier contour extérieur et le bord, et/ou agencé radialement entre le second contour extérieur et le bord. [0015] - Le dispositif de chauffage comporte une entretoise agencée entre les première et seconde grilles, l'entretoise entourant une partie de la première électrode. [0016] L'invention concerne également un dispositif de purification des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comprenant au moins un dispositif de chauffage tel que défini précédemment. [0017] L'invention concerne également une ligne d'échappement de moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un dispositif de purification tel que défini précédemment. [0018] L'invention concerne enfin un véhicule automobile comprenant une ligne d'échappement telle que définie précédemment. [0019] 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 : [0020] - [fig.1] La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de chauffage selon un exemple de mode de réalisation de l'invention, [0021] - [fig.2] La figure 2 est une vue de face d'un détail d'une grille équipant le dispositif de chauffage de la figure 1. [0022] - [fig.3] La figure 3 est une vue schématique d'une ligne d'échappement [0023] 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 1 d'un moteur thermique 3, à 3 travers laquelle les gaz d'échappement sont destinés à circuler, à proximité d'un catalyseur, comme cela est représenté sur la figure 3. [0024] De manière connue en soi, la ligne d'échappement 1 comprend un collecteur 5 captant les gaz d'échappement sortant des chambres de combustion du moteur thermique 3, et une canule 7 permettant le rclargagc des gaz d'échappement dans l'atmosphère. La ligne d'échappement 1 comprend également un dispositif 9 de purification des gaz d'échappement, interposé fluidiquement entre le collecteur 5 et la canule 7, de sorte que les gaz d'échappement parvenant à la canule 7 aient été purifiés par ledit dispositif de purification 9. [0025] Cc dispositif de purification 9 comporte au moins un organe 8 de purification des gaz d'échappement ayant une face amont par laquelle les gaz d'échappement pénètrent dans l'organe de purification 8, et une face aval par laquelle les gaz d'échappement sortent de l'organe de purification 8. [0026] Dans la présente description, l'amont et l'aval sont entendus relativement au sens de circulation normal des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement 1 (depuis le moteur thermique 3 vers la canule 7). [0027] L'organe de purification 8 est par exemple un catalyseur SCR, un catalyseur trois voies, un catalyseur d'oxydation, un filtre à particules SCRF, ou un piège à NOx. Il présente habituellement un axe de symétrie. [0028] Le dispositif de purification 9 comprend également, de manière classique, un fourreau à l'intérieur duquel est placé l'organe de purification, et une nappe de maintien interposée entre l'organe de purification et le fourreau. [0029] Le dispositif de purification 9 comprend encore un organe d'alimentation, pour l'alimentation de l'organe de purification avec les gaz d'échappement provenant du collecteur 5, et un organe de collecte, pour collecter les gaz d'échappement purifiés sortant de l'organe de purification et les diriger vers la canule 7. [0030] L'organe d'alimentation est typiquement constitué par un cône d'entrée ou par un mélangeur. Il est interposé fluidiquement entre le collecteur 5 et l'organe de purification 8, et comprend une entrée de gaz d'échappement raccordée fluidiquement au collecteur 5. [0031] L'organe de collecte est typiquement constitué par un cône de sortie. Il est interposé fluidiquement entre l'organe de purification 8 et la canule 7, et comprend une sortie de gaz d'échappement raccordée fluidiquement à la canule 7. [0032] L'organe d'alimentation comprend plus particulièrement une enveloppe délimitant un passage pour les gaz d'échappement. [0033] Le dispositif de purification 9 comprend également le dispositif de chauffage 10, qui est agencé en regard de la face aval, de préférence en léger retrait vers l'intérieur de l'organe d'alimentation par rapport à cette face aval. Par « en léger retrait », on comprend généralement que l'organe de chauffage 10 est à une distance de la face aval comprise entre 1 et 50 mm. L'organe de chauffage 10 est ainsi placé en regard et à distance de la face amont de l'organe de purification. [0034] Le dispositif de chauffage 10 comporte un boîtier cylindrique 12 dont au moins une partie présente par exemple une forme générale cylindrique, notamment à hase circulaire, ovale ou elliptique. Le boîtier 12 est par exemple formé par ladite enveloppe de l'organe d'alimentation. [0035] Le dispositif de chauffage 10 comporte par ailleurs des moyens 11 d'alimentation électrique, et plus particulièrement des moyens de liaison avec une source d'alimentation de courant électrique, non représentée. [0036] Le dispositif de chauffage 10 comporte par ailleurs une première grille 14 réalisée en un premier matériau conducteur. [0037] Le dispositif de chauffage 10 comporte également une seconde grille 15, également réalisée en un second matériau conducteur. Le second matériau conducteur est par exemple identique au premier matériau conducteur. [0038] Le premier et/ou second matériau conducteur est par exemple choisi parmi le Fer- Chrome-Aluminium (FeCrAI) 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. [0039] Dans l'exemple décrit, les première 14 et seconde 15 grilles sont sensiblement identiques, si bien que seule la première grille 14 est décrite ci-dessous plus en détail, en se référant à la figure 2. Cette description s'applique également, mutatis mutandis, à la seconde grille 15. [0040] Comme cela est représenté sur la figure 2, la première grille 14 est formée de brins 16 délimitant entre eux des ouvertures 18, les brins 16 étant reliés entre eux dans des zones de jonction 20. [0041] Avantageusement, les brins 16 ne se chevauchent pas. Ainsi, la première grille 14 présente une épaisseur sensiblement constante, et de préférence constante. [0042] Les brins 16 présentent, entre les zones de jonction 20, une même largeur. On notera que, sur chaque brin 16, la plus petite dimension est l'épaisseur, la plus grande dimension est la longueur, et la troisième dimension la largeur. [0043] La première grille 14 présente une forme géométrique définie autour d'un premier point central 14a. Par exemple, la première grille 14 présente un premier contour extérieur 14b ovale, elliptique ou circulaire. Dans l'exemple décrit, le premier contour extérieur 14b est circulaire. La première grille 14 comporte également un premier contour intérieur 14c entourant le premier point central 14a. Les brins 16 de la première grille 14 sont agencés entre le premier contour intérieur 14c et le premier contour extérieur 14b. [0044] De même, la seconde grille 15 présente une forme géométrique définie autour d'un second point central 15a. Par exemple, la seconde grille 15 présente un second contour extérieur 15h ovale, elliptique ou circulaire. Dans l'exemple décrit, le second contour extérieur 15h est circulaire. La seconde grille 15 comporte également un second contour intérieur 15c entourant le second point central 15a. Les brins de la seconde grille 15 sont agencés entre le second contour intérieur 15c et le second contour extérieur 15h. [0045] Avantageusement, les premier 14h et second 15h contours extérieurs présentent des formes et des dimensions identiques. [0046] Exception faite des ouvertures 18 en partie délimitées par le premier contour extérieur 14h (respectivement second contour extérieur 15h) ou par le premier contour intérieur 14c (respectivement second contour intérieur 15c), chaque ouverture 18 présente une forme polygonale à quatre côtés, chaque côté étant formé par l'un des brins 16, et chaque coin de la forme polygonale étant formée par l'une des zones de jonction 20. [0047] Ainsi, chaque ouverture 18 présente une hauteur définie entre deux zones de jonction radiales dans une direction radiale partant du premier point central 14a (respectivement second point central 15a), et une largeur définie entre deux autres zones de jonction circonférentielles suivant un arc centré sur le premier point central 14a (respectivement second point central 15a). On définit ci-dessous, pour chaque ouverture 18, un angle ri entre deux brins partant d'une même zone de jonction circonférentielle, chacun vers une zone de jonction radiale respective. [0048] Puisque le dispositif de chauffage selon l'invention comporte deux grilles, celles-ci peuvent chauffer au moins aussi efficacement qu'une seule grille même en présentant un maillage plus grand. Ainsi, l'angle p de chaque ouverture 18 de chacune des première 14 et seconde 15 grilles est supérieur au même angle pour une grille de l'état de la technique. Plus particulièrement, l'angle p de chaque ouverture 18 de chacune des première 14 et seconde 15 grilles est par exemple compris entre 10 et 90°, de préférence inférieur à 60°, encore plus préférentiellement inférieur à 40°. [0049] Ce maillage plus grand permet de laisser passer plus facilement le gaz passant à travers les première 14 et seconde 15 grilles. [0050] Les première 14 et seconde 15 grilles sont agencées physiquement parallèlement l'une pat- rapport à l'autre, dans une ouverture 22 du boîtier 12. Cette ouverture 22 comporte un bord circonférentiel 24. [0051] Dans l'exemple représenté sur la figure 1, la première grille 14 est située en aval de la seconde grille 15 (en dessous de la seconde grille 15 sur la figure 1), relativement à un sens de circulation de gaz à travers l'ouverture 22. [0052] De préférence, la première grille 14 est angulairement décalée pat- rapport à la 6 seconde grille 15, de sorte que chaque zone de jonction 20 de l'une des première 14 ou seconde 15 grilles est en regard d'une ouverture 18 de l'autre grille. Ceci permet un meilleur échange thermique entre le gaz et les grilles chauffées ; [0053] Avantageusement, au moins un support isolant 26 est agencé radialement entre le premier contour extérieur 14b et le bord circonférentiel 24 et/ou agencé radialement entre le second contour extérieur 15b et le bord circonférentiel 24. [0054] Plus particulièrement, dans l'exemple décrit, le support isolant 26 est commun aux première 14 et seconde 15 grilles. [0055] Conformément à l'invention, les moyens d'alimentation 11 comportant des première 28 et seconde 30 électrodes concentriques, la première électrode 28 étant électriquement connectée à la première grille 14 et la seconde électrode 30 étant électriquement connectée à la seconde grille 16. [0056] Les électrodes 28, 30 sont par exemple alimentées avec une tension de d'ordre de 48V. [0057] Ainsi, la seconde électrode 30 est creuse, et la première électrode 28 s'étend dans la seconde électrode 30, coaxialement à celle-ci, jusqu'à la première grille 14. [0058] Un élément électriquement isolant 32 est agencé radialement entre la première 28 et la seconde 30 électrodes, pour éviter tout contact électrique entre elles. Par exemple, l'élément électriquement isolant 32 est un manchon entourant la première électrode 28, sur au moins une partie de sa longueur. [0059] La première électrode 28 est connectée électriquement au premier contour intérieur 14c de la première grille 14. [0060] La seconde électrode 30 est connectée électriquement au second contour intérieur 15c de la seconde grille 15. [0061] Par ailleurs, le premier contour extérieur 14b est connecté électriquement au second contour extérieur 15b, au moyen d'au moins un connecteur électrique 34. [0062] Ainsi, les première 14 et seconde 15 grilles sont connectées électriquement en série. A cet effet, l'une des première 28 et seconde 30 électrodes est connectée à un potentiel positif, et l'autre à un potentiel négatif. [0063] Dans l'exemple décrit, la première électrode 28 est positive (c'est-à-dire connectée à la borne positive d'un générateur électrique non représenté), et la second électrode 30 est négative (c'est-à-dire connectée à la borne négative du générateur électrique). [0064] La seconde électrode 30 peut en variante être indirectement reliée à la borne négative du générateur par l'intermédiaire d'une «masse» sur le boîtier ou tout autre élément conducteur électriquement de la ligne d'échappement. [0065] Les première 14 et seconde 15 grilles se comportent comme deux résistances électriques en série, elles-mêmes étant composées d'une multitude de résistances électriques en parallèle (formées par les brins 16). 7 [0066] Il est à noter que la tenue mécanique du dispositif de chauffage 10 à double grilles 14, 15 est meilleure que celle d'un dispositif de chauffage à simple grille. [0067] En effet, en comparaison avec un dispositif à simple grille classique, dont la grille est formée par des brins présentant ensemble une longueur totale, le dispositif à double grilles comporte des grilles dont les longueurs totales de brins sont sensiblement égales à la moitié de la longueur totale de brins de la grille d'un dispositif à simple grille. En d'autres termes, la longueur totale de brins est répartie sur les deux grilles, et elle est ainsi mieux répartie dans l'espace. En conséquence, les angles entre les brins sont agrandis et ainsi les brins sont moins longs et donc moins sujets à se déformer. Il en résulte que la tenue mécanique des grilles 14, 15 est meilleure. [0068] De préférence, pour une bonne stabilité mécanique, une entretoise 36 est agencée entre la première 14 et la seconde 15 grille. L'entretoise 36 entoure de préférence la première électrode 28. Avantageusement, l'entretoise 36 est isolante électriquement. [0069] On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, et pourrait présenter diverses variantes. 8 REVENDICATIONS[Revendication 1] Dispositif (10) de chauffage de gaz d'échappement de moteur à combustion, du type comprenant une première grille (14) et des moyens (11) d'alimentation électrique connectés à la première grille (14) pour faire passer un courant électrique dans cette première grille (14), caractérisé en cc que le dispositif de chauffage (10) comporte une seconde grille (15), les moyens d'alimentation comportant des première (28) et seconde (30) électrodes, la première électrode (28) étant électriquement connectée à la première grille (14) et la seconde électrode (30) étant électriquement connectée à la seconde grille (15). [Revendication 2] Dispositif de chauffage (10) selon la revendication 1, dans laquelle les première (28) et seconde (30) électrodes sont concentriques. [Revendication 3] Dispositif de chauffage (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la seconde grille (15) est connectée électriquement en série avec la première grille (14). [Revendication 4] Dispositif de chauffage (10) selon la revendication 3, dans laquelle la première grille (14) est délimitée par un premier contour (14b), et la seconde grille (15) est délimitée par un second contour (15b), le premier contour (14b) étant électriquement connecté au second contour (15b). [Revendication 5] Dispositif de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un élément électriquement isolant (32) est radialement interposé entre les première (28) et second (30) électrodes concentriques. [Revendication 6] Dispositif de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un boitier (12) muni d'une ouverture (22) délimitée par un bord (24), dans laquelle sont logées les première (14) et seconde (15) grilles, la première grille (14) étant délimitée par un premier contour extérieur (14b), et la seconde grille (15) étant délimitée par un second contour extérieur (15b), au moins un support isolant (26) étant agencé radialement entre le premier contour extérieur (14b) et le bord (24), et/ou agencé radialement entre le second contour extérieur (15b) et le bord (24). [Revendication 7] Dispositif de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une entretoise (35) agencée entre les première (14) et seconde (15) grilles, l'entretoise (35) entourant une partie de la première électrode (28). [Revendication 8] Dispositif (9) de purification des gaz d'échappement d'un moteur à 9 [Revendication 9] combustion interne comprenant au moins un dispositif de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. [Revendication 10] Ligne d'échappement (1) de moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un dispositif de purification (9) selon la revendication 8. Véhicule automobile comprenant une ligne d'échappement selon la revendication 9.