Brevet FR3119418A1 — publié le 20220805

Dispositif de chauffage pour gaz d’échappement L’invention concerne un dispositif de chauffage (1) pour gaz d’échappement comprenant un conduit (2) d’axe (X), de section (S) sensiblement circulaire, et un moyen de chauffage (3) sensiblement plan, disposé sensiblement perpendiculairement à l’axe (X), où le moyen de chauffage (3) comprend une pluralité de plaques (4), sensiblement planes disposées sensiblement perpendiculairement à l’axe (X), chaque plaque (4) comprenant un élément chauffant(5) sensiblement plan, sensiblement en forme de rectangle inscrit dans la section (S), et deux connecteurs, prolongeant l’élément chauffant (5) et où les plaques (4) sont angulairement réparties autour de l’axe (X). Figure pour l'abrégé : Figure 1 Dispositif de chauffage pour gaz d’échappement L’invention concerne un dispositif de chauffage pour gaz d’échappement. Un tel dispositif de chauffage est classiquement utilisé, dans une ligne d’échappement en sortie d’un moteur thermique, pour réchauffer des gaz d’échappement. Un tel réchauffement est utile, en amont d’un catalyseur, pour augmenter les performances de conversion du catalyseur, dans les phases, typiquement de démarrage moteur, où les gaz d’échappement et le catalyseur ne sont pas encore assez chauds. Un tel dispositif de chauffage comprend, de manière connue, un conduit, de section sensiblement circulaire, dans lequel circulent les gaz d’échappement, et un moyen de chauffage en forme de disque sensiblement plan, disposé perpendiculairement à l’axe du conduit, en travers de la section. Le moyen de chauffage comprend un matériau perforé et conducteur électrique. Les perforations permettent la circulation des gaz d’échappement au travers du moyen de chauffage. La conduction électrique permet, au moyen de deux électrodes, auxquelles est appliquée une différence de potentiel électrique, de faire circuler un courant dans le moyen de chauffage et ainsi de le chauffer par effet Joule. Un mode de réalisation connu d’un moyen de chauffage est la gravure chimique. Cependant cette technologie n’est pas adaptée à une production en grande série. De plus, cette technologie contraint la géométrie du moyen de chauffage : l’épaisseur et la largeur des brins ont des dimensions limitées. Aussi, un moyen de chauffage offrant plus de liberté de dimensionnement et adapté à une production en grande série est recherché. Pour cela, l’invention a pour objet un dispositif de chauffage pour gaz d’échappement comprenant un conduit d’axe X, de section S sensiblement circulaire, et un moyen de chauffage sensiblement plan, disposé sensiblement perpendiculairement à l’axe X, où le moyen de chauffage comprend une pluralité de plaques, sensiblement planes disposées sensiblement perpendiculairement à l’axe X, chaque plaque comprenant un élément chauffant sensiblement plan, sensiblement en forme de rectangle inscrit dans la section S, et deux connecteurs, prolongeant l’élément chauffant et où les plaques sont angulairement réparties autour de l’axe. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - le nombre de plaques est compris entre 2 et 8, et préférentiellement égal à 4, - les plaques sont angulairement équiréparties autour de l’axe, - un connecteur est sensiblement en forme de segment circulaire, délimité par un côté opposé du rectangle et par la périphérie de la section et obture, sur sa surface de segment circulaire, la section, - les plaques sont électriquement connectées en série, en parallèle ou selon toute combinaison de ces deux modes, - une plaque est électriquement isolée d’une plaque voisine, par un espacement, par au moins une entretoise isolante ou par un isolant intercalé entre les deux plaques voisines, ou par un vernis isolant déposé sur l’une au moins des deux plaques voisines, - un élément chauffant comprend une mousse et/ou une grille formée d’une feuille de métal déployé, d’une feuille de métal perforé et/ou d’une feuille de fils métalliques tissés et/ou tressés. Dans un deuxième aspect, l’invention a pour objet une ligne d’échappement comprenant un tel dispositif de chauffage. Dans un troisième aspect, l’invention a pour objet un véhicule automobile comprenant une telle ligne d’échappement. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : montre un dispositif de chauffage selon un premier mode de réalisation, montre une plaque, illustre un type d’élément chauffant, illustre un autre type d’élément chauffant, illustre un autre type d’élément chauffant, illustre un autre type d’élément chauffant, illustre une connexion en série, illustre une connexion en parallèle, montre, en vue de face, un mode de réalisation avec 4 plaques, montre, en vue perspective éclatée, le mode de réalisation de la figure précédente, montre, en vue de face, un mode de réalisation d’un élément chauffant, par une plaque de métal perforé et déployé. En référence à la , un dispositif de chauffage 1 comprend un conduit 2, sensiblement cylindrique, d’axe X. En travers de la section S, sensiblement circulaire, du conduit 2, est disposé, sensiblement perpendiculairement à l’axe X, un moyen de chauffage 3. Le moyen de chauffage 3 forme un disque sensiblement plan. Deux électrodes E+, E- alimentent le moyen de chauffage 3 de manière à ce que le moyen de chauffage 3 s’échauffe par effet Joule. Les gaz d’échappement, qui traversent le moyen de chauffage 3 chaud, peuvent ainsi être chauffés et venir réchauffer un organe de purification des gaz d’échappement, positionné en aval du moyen de chauffage 3. Selon une caractéristique, le moyen de chauffage 3 comprend une pluralité de plaques 4. On nomme n le cardinal de la pluralité. Chaque plaque 4 est sensiblement plane. Chaque plaque 4 est disposée sensiblement perpendiculairement à l’axe X. Les plaques 4 sont angulairement équiréparties, autour de l’axe X, soit décalées de 180°/n. Deux plaques 4 successives ne sont pas nécessairement décalées de 180°/n, mais d’un multiple de 180°/n, pour peu que chaque orientation i.180°/n, avec i compris entre 1 et n, reçoive une plaque 4 et une seule. Comme plus particulièrement illustré à la , chaque plaque 4 comprend un élément chauffant 5 sensiblement plan. Un élément chauffant 5 doit être conducteur électrique afin de s’échauffer par effet Joule lorsque disposé entre les deux électrodes E+, E-. Le courant électrique circule toujours par le chemin le moins résistant. La résistance électrique d’un élément chauffant 5 est sensiblement homogène. Aussi, il convient que les distances entre les deux électrodes E+, E- parcourues le long de l’élément chauffant 5, soient identiques. Il s’ensuit qu’un élément chauffant 5 est avantageusement limité par deux bords rectilignes parallèles 10,11 de même longueur, respectivement connectés aux électrodes E+, E-. Afin, de maximiser la surface d’élément chauffant 5 et ainsi maximiser le flux de gaz d’échappement le traversant et s’échauffant, les deux bords 10, 11 sont avantageusement prolongés sensiblement jusqu’à la périphérie de la section S. Aussi, l’élément chauffant est avantageusement découpé en forme d’un rectangle 6, comprenant deux côtés opposés 10, 11, sensiblement inscrit dans la section S. Il convient de noter que prolonger latéralement l’élément chauffant 5 au-delà des deux autres côtés 14, 15 est peu intéressant en ce que ces surfaces prolongées 16, nécessitant un chemin plus long entre les électrodes E+, E- que la distance entre les deux bords 10,11, ne seraient pas parcourues par le courant et ne seraient pas chauffées. Ceci aurait pour effet contre-productif d’augmenter la densité de courant sur les brins les plus courts et de surchauffer ces brins en réduisant l’efficacité de transfert de chaleur de l’élément chauffant 5 aux gaz d’échappement. La présence d’élément chauffant dans ces surfaces prolongées 16 conduirait au contraire à des pertes de charges préjudiciables en termes de circulation des gaz d’échappement. Aussi, il n’est pas envisageable qu’un élément chauffant 5 occupe toute la section S du conduit 2. Cependant, l’absence d’élément chauffant dans ces surfaces prolongées 16 constitue une fuite par lequel des gaz d’échappement peuvent traverser la plaque 4 sans être chauffé. Ceci est compensé par la présence de plusieurs plaques 4. L’équirépartition angulaire des plaques 4 compense cette fuite, en ce que l’ensemble des n plaques 4 obture la section S du conduit 2, comme plus particulièrement illustré par la , où toute partie de la section S est couverte par au moins une plaque 4. En plus de l’élément chauffant 5 rectangulaire, une plaque 4 comprend encore deux connecteurs 7, 8. Chaque connecteur 7, 8 présente une forme de segment circulaire 9, délimité par un des côtés 10, 11 opposés du rectangle 6 de l’élément chauffant 5 et par l’arc circulaire de la périphérie de la section S que ledit côté 10,11 intersecte. Ainsi, une plaque 4 présente une forme sensiblement oblongue comprenant un rectangle 6 et deux segments circulaires 9 accolés aux côtés opposés 10, 11. Le nombre n de plaques 4 est un compromis entre une augmentation de la couverture de la section S qui s’améliore lorsque n augmente et une réduction de la perte de charge occasionnée aux gaz d’échappement qui s’améliore lorsque n diminue. Aussi, selon une autre caractéristique, le nombre n de plaques 4 est compris entre 2 et 8. Il est préférentiellement égal à 4, tel qu’illustré aux figures 9 et 10. Afin d’apporter de l’énergie électrique, le dispositif de chauffage 1 comprend encore deux électrodes E+, E-. Avantageusement, ces deux électrodes E+, E- sont disposées en périphérie de la section S. Selon une autre caractéristique, pour chaque plaque 4, un premier connecteur 7 est électriquement connecté à une première électrode E+ ou E-, et un deuxième connecteur 8 est connecté à une deuxième électrode E- ou E+, différente de la première électrode. Les deux électrodes E+, E- étant à des potentiels électriques différents, l’élément chauffant 5 étant conducteur, un courant s’établit entre le premier connecteur 7 et le deuxième connecteur 8. La résistance électrique de l’élément chauffant 5 permet alors l’échauffement par effet Joule de l’élément chauffant 5. Selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustrée à la , un élément chauffant 5 comprend une pluralité de conducteurs électriques 12, sensiblement de même longueur, connectant un connecteur 7 à l’autre 8, disposés parallèlement à un axe médian M du rectangle 6. Selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustrée à la , l’élément chauffant 5 est réalisé au moyen d’une feuille de métal perforée et déployée. Le métal résiduel forme des conducteurs. Les perforations, élargies par le déploiement, permettent le passage des gaz d’échappement au travers de l’élément chauffant 5. Selon une autre caractéristique, un connecteur 7, 8 connecte électriquement tous les conducteurs électriques 12 longitudinaux (selon l’axe médian M) d’un élément chauffant 5. Pour cela, selon les modes de réalisation de l’élément chauffant 5, un connecteur 7, 8 ou l’élément chauffant 5 lui-même le long de son bord 10, 11, comprend au moins un moyen de connexion transversal (perpendiculaire à l’axe M) parallèle au bord 10, 11 connectant tous les conducteurs électriques 12. Ainsi, un connecteur 7, 8 peut être une pièce métallique connectée électriquement à l’élément chauffant 5 le long de son bord 10,11. Afin d’éviter une fuite des gaz d’échappement dans une partie de la plaque 4 non chauffée, un connecteur 7, 8 est fermé. Ainsi, un connecteur 7, 8 obture, sur sa surface de segment circulaire 9, la section S. Ainsi, une superposition, d’une pluralité de plaques 4, obture totalement la section S. Le connecteur 7, 8 a une fonction électrique de distribution du potentiel d’une électrode E+, E- à l’élément chauffant 5. Il fait encore fonction de support de l’élément chauffant 5 et le cas échéant de tendeur pour l’élément chauffant 5. Il peut encore contribuer ou assurer la fixation de la plaque 4 au conduit 2. Plusieurs modes de réalisation peuvent être envisagés pour les connecteurs 7, 8 et leur fixation/connexion avec l’élément chauffant 5. Un connecteur 7, 8 peut comprendre au moins une pièce métallique, par exemple en acier inoxydable, en forme de segment circulaire 9. Cette ou ces pièces peuvent être assemblées avec l’élément chauffant 5 par tout moyen. Selon un premier moyen, la pièce est vissée, rivetée et/ou soudée avec l’élément chauffant 5, métallique aussi. Selon un autre moyen, deux pièces peuvent encore être assemblées en enserrant l’élément chauffant 5 entre elles, en sandwich. De tels assemblages, assurent le contact électrique et le support mécanique. Selon encore un autre moyen, un connecteur 7, 8 est relié à l’élément chauffant par un ressort spiral, du type reliure de cahier, « cousant » le connecteur 7, 8 à l’élément chauffant 5. Ce dernier moyen, crée avantageusement une articulation entre connecteur 7, 8 et élément chauffant 5. Selon une autre caractéristique, les n plaques 4 sont électriquement connectées en série, tel qu’illustré à la . Alternativement, les n plaques 4 sont électriquement connectées en parallèle, tel qu’illustré à la . Il est encore possible de panacher les deux modes série et parallèle, avec certaines plaques 4 connectées en série et d’autres connectées en parallèle (non illustré). Selon une autre caractéristique, afin d’éviter tout court-circuit en dehors des points de connexion aux électrodes E+, E-, deux plaques 4 voisines sont avantageusement électriquement isolée l’une de l’autre. Une telle isolation, peut être réalisée par tout moyen. Il est ainsi possible d’isoler par une couche d’air en espaçant les deux plaques 4 voisines. Alternativement ou complémentairement, l’isolation peut être réalisée/renforcée par une ou plusieurs entretoises, tels des séparateurs en céramique, disposés entre et clipsés respectivement avec au moins une des deux plaques 4 voisines. Il est encore possible d’intercaler une feuille isolante entre les deux plaques, pour peu que cette feuille soit perforée pour laisser passer les gaz d’échappement. Alternativement ou complémentairement un isolant intercalé peut être réalisé au moyen d’un vernis isolant, déposé sur l’une, l’autre ou les deux plaques 4 voisines. Une des visées de l’invention est une réalisation simple réalisable en grande série. Aussi, selon une autre caractéristique, un élément chauffant 5 présentant les différentes caractéristiques précédemment décrites est avantageusement réalisé selon un mode industriel simple. Selon un premier moyen, un élément chauffant comprend une mousse métallique. Selon un autre moyen, un élément chauffant 5 comprend une grille. Selon une caractéristique, illustrée à la , une grille est formée d‘une feuille de métal déployé. Une feuille de métal déployé, comprend généralement une direction privilégiée, correspondant à l’axe de travail de l’outil plan de matriçage, dans laquelle la feuille présente des bandes continues, sensiblement rectilignes, de matière métallique. Cette direction peut être disposée perpendiculairement aux deux côtés 10, 11, afin que les bandes continues de matière forment les conducteurs électriques 12. Alternativement, tel qu’illustré par la , cette direction peut être disposée parallèlement aux deux côtés 10, 11. Cette disposition est avantageuse en ce qu’elle offre une résistance au passage du courant améliorant l’effet chauffant par effet Joule. Selon un autre moyen, illustré aux figures 4-6, une grille est formée d’une feuille de métal perforé. Une telle feuille de métal perforé présente typiquement au moins une direction dans laquelle la feuille présente des bandes continues, sensiblement rectilignes, de matière métallique. Cette direction peut, comme précédemment être disposée perpendiculairement au deux côtés 10, 11, afin que les bandes continues de matière forme les conducteurs électriques 12 ou avantageusement parallèlement aux deux côtés afin d’augmenter l’effet chauffant. Il peut être utilisé des motifs à périodicité linéaire, comme à la , offrant une seule direction privilégiée, des motifs à périodicité hexagonale, comme aux figures 4-5, offrant trois directions privilégiées ou encore des motifs à périodicité quadrangulaire (non illustré), offrant deux directions privilégiées au choix. Selon un autre moyen, illustré à la , une grille est formée d’une feuille de fils tissés ou tressés. Une telle feuille tissée ou tressée présente typiquement un motif quadrangulaire avec des fils de trame et de chaîne. Ces deux types forment deux directions privilégiées, dans laquelle la feuille présente des bandes continues, de matière métallique. Cette direction est disposée perpendiculairement ou parallèlement aux deux côtés 10, 11, afin que les bandes continues de matière forment les conducteurs électriques 12. Dans tous les cas, la direction privilégiée de conduction, aligne les conducteurs électriques 12 avec l’axe médian M joignant les deux connecteurs 7, 8. Il a été vu que le courant, dans un matériau homogène, suit, à iso-section, les lignes les plus courtes. Aussi, le courant parcourt l’élément chauffant 5 selon la direction M, en suivant les conducteurs électriques 12 longitudinaux. Afin d’éviter tout risque de court-circuit, il convient que tout conducteur transverse 13, reliant les conducteurs électriques 12 longitudinaux soit perpendiculaires aux conducteurs électriques 12 et à la direction privilégiée de conduction, afin de ne pas offrir à la circulation du courant des raccourcis, qui éviteraient de chauffer certaines zones de l’élément chauffant 5 et nuirait à son homogénéité thermique. Une autre alternative, est que tous les éléments transverses 13 soient isolants. Ceci est peu envisageable pour une réalisation déployée ou perforée, et donc monobloc. Cependant, dans le cas d’une feuille tissée ou tressée, il est possible de réaliser un tissage ou un tressage avec des fils conducteurs électriques 12 (tels des fils de chaîne) et des fils transverses 13 (tels des fils de trame) isolants. Des fils isolants peuvent être réalisés dans un matériau isolant ou de manière classique dans un matériau conducteur enrobé d’une gaine isolante. L’invention concerne encore une ligne d’échappement comprenant un tel dispositif de chauffage 1. L’invention concerne encore un véhicule automobile comprenant une telle ligne d’échappement. L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. 1 : dispositif de chauffage, 2 : conduit, 3 : moyen de chauffage, 4 : plaque, 5 : élément chauffant, 6 : rectangle, 7, 8 : connecteur, 9 : segment circulaire, 10, 11, 14, 15 : côté du rectangle, 12 : conducteur électrique longitudinal, 13 : élément transverse, 16 : surface prolongée, E+, E- : électrode, M : axe médian du rectangle, n : nombre de plaques, S : section du conduit, X : axe du conduit. Revendication 1] Dispositif de chauffage (1) pour gaz d’échappement comprenant un conduit (2) d’axe (X), de section (S) sensiblement circulaire, et un moyen de chauffage (3) sensiblement plan, disposé sensiblement perpendiculairement à l’axe (X), caractérisé en ce que le moyen de chauffage (3) comprend une pluralité de plaques (4), sensiblement planes disposées sensiblement perpendiculairement à l’axe (X), chaque plaque (4) comprenant un élément chauffant (5) sensiblement plan, sensiblement en forme de rectangle (6) inscrit dans la section (S), et deux connecteurs (7, 8), prolongeant l’élément chauffant (5) et en ce que les plaques (4) sont angulairement réparties autour de l’axe (X). Dispositif de chauffage (1) selon la revendication précédente, où le nombre de plaques (4) est compris entre 2 et 8, et préférentiellement égal à 4. Dispositif de chauffage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où les plaques (4) sont angulairement équiréparties autour de l’axe (X). Dispositif de chauffage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où un connecteur (7, 8) est sensiblement en forme de segment circulaire (9), délimité par un côté (10, 11) opposé du rectangle (6) et par la périphérie de la section (S) et obture, sur sa surface de segment circulaire (9), la section (S). Dispositif de chauffage (1) selon la revendication précédente, où les n plaques (4) sont connectées en série, en parallèle ou selon toute combinaison de ces deux modes . Dispositif de chauffage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où une plaque (4) est électriquement isolée d’une plaque (4) voisine, par un espacement, par au moins une entretoise isolante ou par un isolant intercalé entre les deux plaques (4) voisines, ou par un vernis isolant déposé sur l’une au moins des deux plaques (4) voisines. Dispositif de chauffage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où un élément chauffant (5) comprend une mousse et/ou une grille formée d’une feuille de métal déployé, d’une feuille de métal perforé et/ou d’une feuille de fils métalliques tissés et/ou tressés. Ligne d’échappement caractérisée en ce qu’elle comprend un dispositif de chauffage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comprend une ligne d’échappement selon la revendication précédente .