Brevet FR3130317A1 — publié le 20230616

L’invention propose un dispositif de chauffage électrique (1) de catalyseur de gaz d’échappement, le dispositif de chauffage électrique comprenant un manchon (10) et une structure alvéolaire chauffante (20) par circulation de courant électrique, contenue dans le manchon (10), le dispositif de chauffage électrique (1) étant adapté pour être positionné dans un tronçon d’une conduite de gaz d’échappement en amont d’un catalyseur, en occupant intégralement une section transversale dudit tronçon de manière à ce que des gaz d’échappement circulant dans la conduite passent au travers de la matrice alvéolaire avant d’atteindre le catalyseur. Le dispositif de chauffage électrique comporte en outre une structure alvéolaire chauffante (20) qui présente un enroulement de type spirale autour d’un axe A-A, et comporte un nombre déterminé d’enroulement autour dudit axe A-A. Ladite structure alvéolaire chauffante (20) est adaptée pour présenter une inductance interne. Figure 2 Dispositif de chauffage électrique d’un catalyseur de gaz d’échappement La présente demande concerne un dispositif de chauffage électrique de catalyseur de gaz d’échappement, positionné en amont du catalyseur dans une conduite d’échappement, et adapté pour chauffer les gaz d’échappement pour les amener à une température efficace de catalyse. Un catalyseur trois voies d’un véhicule essence présente une plage de fonctionnement efficace pour des températures supérieures à 400°C, tandis qu’un système de dépollution de véhicule diésel présente un fonctionnement efficace à partir d’environ 180°C. Un système de dépollution de véhicule diésel comprend typiquement un catalyseur d’oxydation qui traite les hydrocarbures HC, le monoxyde de carbone CO, un catalyseur de réduction sélective qui traite les oxydes d’azote NOx, et un filtre à particules. Lorsque le moteur démarre à froid, la température des gaz d’échappement est initialement basse et un certain temps est nécessaire pour qu’elle augmente jusqu’à atteindre une valeur de fonctionnement efficace du catalyseur. Ceci implique que pendant toute la période où les gaz d’échappement ont une température trop faible, ces gaz ne sont pas correctement filtrés par le catalyseur. La même problématique existe pour des moteurs diésel qui mettent plus de temps à chauffer que les moteurs à essence, de sorte que si le conducteur circule à faible vitesse, avec un véhicule peu chargé, les gaz d’échappement peuvent rester à une température inférieure à une température efficace de catalyse pendant une durée éventuellement longue. Ce problème de température des gaz d’échappement inférieure à la température efficace peut également se poser si, après un roulage extra-urbain, un retour à un roulage urbain à faible charge est effectué. Également pour des véhicules hybrides, le moteur thermique se refroidit lorsque le moteur électrique est en opération assez longtemps, et le même problème de température des gaz d’échappement se pose quand le moteur thermique est redémarré. Pour résoudre ce problème, il est connu de positionner un dispositif de chauffage en amont du catalyseur. Ce dispositif de chauffage peut prendre la forme d’un manchon disposé dans une conduite d’échappement du moteur, et contenant une matrice alvéolaire chauffante dans laquelle les gaz passent pour y être chauffés avant d’atteindre le catalyseur améliorant ainsi la dépollution des gaz d’échappement. En référence à la , le dispositif de chauffage électrique 1 comprend un manchon cylindrique 10 et une structure alvéolaire 20 chauffante par circulation d’un courant électrique contenue dans le manchon cylindrique 10. Le diamètre externe du manchon cylindrique 10 peut correspondre au diamètre interne de la conduite d’échappement de sorte que le dispositif de chauffage électrique 1 puisse être positionné dans un tronçon de la conduite de gaz d’échappement en occupant intégralement une section transversale dudit tronçon. Ainsi, les gaz produits par le moteur passent nécessairement au travers de la structure alvéolaire 20 chauffante avant de parvenir au catalyseur. Généralement, le dispositif de chauffage électrique 1 comprend également un dispositif de support de la structure alvéolaire chauffante dans le manchon cylindrique 10, comprenant par exemple une structure de support 19 logée dans le cylindrique 10, par exemple en aval de la structure alvéolaire 20 chauffante, et des plots de maintien 24 maintenant la structure alvéolaire 20 chauffante contre la structure de support 19. Dans les dispositifs chauffant de l’art antérieur, la structure alvéolaire 20 chauffante est obtenue par enroulement, autour d’un axe A-A, qui lorsque le dispositif de chauffage est installé, est parallèle à la direction de déplacement des gaz dans la conduite d’échappement (représenté par la flèche F sur la ), d’un panneau alvéolaire 21 chauffant sur la . Le panneau alvéolaire 21 chauffant comprend au moins une matrice alvéolaire 23 métallique, pouvant être rapportée sur une couche support 22 également métallique, voire positionnée entre deux couches support 22. Par matrice alvéolaire 23, on comprend une formation comprenant une pluralité de cellules dans lesquelles les gaz d’échappement peuvent passer, les cellules étant délimitées par des parois métalliques chauffantes lors de la circulation d’un courant électrique. La structure alvéolaire 20 chauffante comprend également des connecteurs électriques non représentés permettant de faire circuler un courant au travers de la structure alvéolaire 20 chauffante pour la faire chauffer. La structure est agencée de telle sorte qu’une première extrémité de la paroi support métallique soit connectée à un premier connecteur électrique et une deuxième extrémité de la paroi support métallique soit connectée à un deuxième connecteur électrique, de sorte que le courant circule dans l’intégralité de la paroi support métallique et de la matrice alvéolaire montée sur la paroi. Le courant circulant dans la paroi support métallique, et donc dans la matrice alvéolaire 20 chauffante et également dans le panneau alvéolaire 21 chauffant, permet de chauffer les gaz d’échappement par effet Joule. L’activation de la structure alvéolaire 20 chauffante est réalisée par exemple par une simple commande d’un signal actif/non actif ou à l’aide d’un signal de commande de type Modulation de Largeur d’Impulsion (MLI) ou « Pulse Width Modulation » ou « PWM ». Comme la structure alvéolaire 20 chauffante présente un comportement de type charge résistive, il y a lors de l’activation de celle-ci une augmentation forte du courant dans ladite structure alvéolaire 20 chauffante, augmentation qui est aussi rapide que celle de la tension aux bornes de la structure alvéolaire 20 chauffante. Cette variation rapide du courant est engendrée par la structure même du dispositif électrique de chauffage 1 du véhicule, i.e. batterie, connectiques de la batterie aux composants du véhicules et des capacités de liaison. Cet appel de courant très important engendre une chute très brusque et importante de la tension de la batterie du véhicule. Ainsi, dans le cas d’une batterie de 48V d’un véhicule hybride cet appel de courant engendre une chute importante de la tension du réseau de bord qui peut générer des défaillances des composants électroniques dudit véhicule ou un vieillissement prématuré des composants et des condensateurs de liaison. Pour résoudre ce problème, il serait donc nécessaire de décaler temporellement l’appel en tension de l’appel en courant. Du fait de l’enroulement de la structure alvéolaire 20 de l’art antérieur et des valeurs des capacités de liaison, il serait nécessaire d’utiliser un composant de type inductance externe ayant une valeur très importante de l’ordre de 1.10 e-6 Henry. Une telle inductance externe présenterait un encombrement très important engendrant des problématiques d’intégration et aussi des problématiques de coûts. L’invention a pour but de remédier aux inconvénients de l’art antérieur exposés ci-avant. En particulier, un but de l’invention est de proposer un dispositif de chauffage permettant grâce à un enroulement avantageux de la structure alvéolaire de se dispenser de l’ajout d’une inductance externe pour compenser la présence d’une inductance équivalente d’un dispositif de commande du dispositif de chauffage. A cet égard, l’invention propose un dispositif de chauffage électrique de catalyseur de gaz d’échappement, le dispositif de chauffage électrique comprenant un manchon et une structure alvéolaire chauffante par circulation de courant électrique, contenue dans le manchon , le dispositif de chauffage électrique étant adapté pour être positionné dans un tronçon d’une conduite de gaz d’échappement en amont d’un catalyseur, en occupant intégralement une section transversale dudit tronçon de manière à ce que des gaz d’échappement circulant dans la conduite passent au travers de la matrice alvéolaire avant d’atteindre le catalyseur, le dispositif de chauffage électrique étant caractérisé en ce que la structure alvéolaire chauffante présente une enroulement de type spirale autour d’un axe A-A, comporte un nombre déterminé d’enroulement autour dudit axe A-A et ladite structure alvéolaire chauffante est adaptée pour présenter une inductance interne. Grâce à l’invention, il est maintenant possible sans ajouter d’inductance externe de contrebalancer l’inductance équivalente du circuit de commande afin d’obtenir un décalage temporel suffisant entre une tension de commande et un courant de commande lors de l’activation du dispositif de chauffage. Par exemple, dans un mode de réalisation de l’invention, l’enroulement de type spirale autour d’un axe A-A de la structure alvéolaire chauffante présente une première extrémité et une seconde extrémité, adaptées pour recevoir un signal de commande et permettant une connexion électrique fiable entre le dispositif de chauffage et la structure alvéolaire chauffante. Avantageusement, l’invention propose pour contrôler la valeur de l’inductance interne de la structure alvéolaire chauffante que le nombre d’enroulement autour dudit axe A-A est compris entre 2 et 10 enroulements. Par exemple, l’inductance interne de la structure alvéolaire chauffante présente une valeur comprise entre 0.5.10 -6 Henry et 1.10 -6 Henry. Dans un but d’optimisation de l’efficacité du dispositif de chauffage la structure alvéolaire chauffante est composée d’au moins deux matériaux présentant des résistivités différentes. Par exemple, l’élément de catalyse est disposé dans le manchon, en aval de la structure alvéolaire chauffante par rapport à la direction d’écoulement des gaz d’échappement. En variante, l’élément de catalyse est de type catalyseur d’oxydation, LNT, ou trois-voies. Dans un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un ensemble de catalyse de gaz d’échappement comprenant au moins un catalyseur et un dispositif de chauffage électrique dans lequel le catalyseur est choisi parmi le groupe consistant en : - un catalyseur de type trois voies, - un catalyseur d’oxydation, - un catalyseur de type LNT, - un catalyseur à réduction sélective. Dans un troisième aspect de l’invention il est aussi proposé un véhicule, comprenant un moteur thermique, une conduite d’échappement de gaz d’échappement produits par combustion dans le moteur thermique, un catalyseur disposé dans la conduite d’échappement, et un dispositif de chauffage électrique disposé dans la conduite d’échappement, en amont du catalyseur par rapport à la direction de circulation des gaz d’échappement dans la conduite d’échappement. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : , déjà décrite, représente schématiquement un système de catalyse selon l’art antérieur. représente schématiquement un système de catalyse selon un mode de réalisation de l’invention. Dispositif de chauffage électrique (1) de catalyseur de gaz d’échappement, le dispositif de chauffage électrique comprenant un manchon (10) et une structure alvéolaire chauffante (20) par circulation de courant électrique, contenue dans le manchon (10), le dispositif de chauffage électrique (1) étant adapté pour être positionné dans un tronçon d’une conduite de gaz d’échappement en amont d’un catalyseur, en occupant intégralement une section transversale dudit tronçon de manière à ce que des gaz d’échappement circulant dans la conduite passent au travers de la matrice alvéolaire avant d’atteindre le catalyseur, le dispositif de chauffage électrique étant caractérisé en ce que la structure alvéolaire chauffante (20) présente une enroulement de type spirale autour d’un axe A-A, comporte un nombre déterminé d’enroulement autour dudit axe A-A et ladite structure alvéolaire chauffante (20) est adaptée pour présenter une inductance interne. Dispositif de chauffage électrique (1) de catalyseur de gaz d’échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’enroulement de type spirale autour d’un axe A-A de la structure alvéolaire chauffante (20) présente une première extrémité et une seconde extrémité, adaptées pour recevoir un signal de commande. Dispositif de chauffage électrique (1) de catalyseur de gaz d’échappement selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le nombre d’enroulement autour dudit axe A-A est compris entre 2 et 10 enroulements. Dispositif de chauffage électrique (1) de catalyseur de gaz d’échappement selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’inductance interne de la structure alvéolaire chauffante (20) présente une valeur comprise entre 0.5.10 -6 Henry et 1.10 -6 Henry. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la structure alvéolaire chauffante (20) est composée d’au moins deux matériaux présentant des résistivités électriques différentes. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un élément de catalyse disposé dans le manchon, en aval de la structure alvéolaire chauffante (20) par rapport à la direction d’écoulement des gaz d’échappement. Dispositif de chauffage selon la revendication précédente, dans lequel l’élément de catalyse (19) est de type catalyseur d’oxydation, LNT, ou trois-voies. Ensemble de catalyse de gaz d’échappement comprenant au moins un catalyseur et un dispositif de chauffage électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le catalyseur est choisi parmi le groupe consistant en : - un catalyseur de type trois voies, - un catalyseur d’oxydation, - un catalyseur de type LNT, - un catalyseur à réduction sélective. Véhicule, comprenant un moteur thermique, une conduite d’échappement de gaz d’échappement produits par combustion dans le moteur thermique, un catalyseur disposé dans la conduite d’échappement, et un dispositif de chauffage électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 disposé dans la conduite d’échappement, en amont du catalyseur par rapport à la direction de circulation des gaz d’échappement dans la conduite d’échappement.