Brevet FR3147323A1 — publié le 20241004

Elément chauffant de ligne d’échappement L’invention concerne un élément chauffant (1) d’une ligne d’échappement, présentant une forme sensiblement plane, limitée par un contour, comprenant des découpes (2) sensiblement parallèles, traversantes en épaisseur, presque traversantes en largeur en ce qu’elle débouchent à une extrémité sur la périphérie du contour, cette extrémité étant alternée entre une découpe (2) et sa voisine immédiate, et forment un retournement (3) à l’autre extrémité, où l’élément chauffant (1) présente un épaississement le long d’au moins un chemin (6) de moindre résistance contournant un retournement (3) au large. Figure pour l'abrégé : 3 Elément chauffant de ligne d’échappement L’invention concerne un élément chauffant d’une ligne d’échappement. Dans une ligne d’échappement, différents dispositifs sont mis en place pour purifier les gaz d’échappement. Parmi eux, les catalyseurs réalisent, par réduction sélective, une neutralisation des oxydes d’azote ou NOx. Pour fonctionner correctement, un catalyseur doit être à une température d’allumage supérieure à plusieurs centaines de degrés. Ceci n’est pas le cas notamment dans les phases initiales de démarrage du moteur thermique. Aussi, afin de plus rapidement atteindre la température d’allumage, il est connu d’utiliser un élément chauffant, généralement électrique, ou EHC (de l’anglais Electrically Heated Catalyst). Un tel élément chauffant est disposé en amont du catalyseur et permet un préchauffage ou un chauffage des gaz d’échappement et donc du catalyseur. Le principe d’un tel élément chauffant est d’être chauffé et disposé en travers du flux de gaz d’échappement. Les gaz d’échappement traversent l’élément chauffant en passant par des cellules ménagées dans l’élément chauffant et s’échauffent au contact des parois bordant les cellules. L’élément chauffant est typiquement chauffé électriquement, le plus souvent par effet Joule, en faisant circuler un courant électrique au travers de l’élément chauffant. Afin de chauffer sensiblement uniformément l’élément chauffant, selon un mode de réalisation, l’élément chauffant est conformé en serpentin. Ceci est réalisé au moyen de découpes sensiblement parallèles, traversantes en épaisseur et presque traversantes en largeur. Elles débouchent à une extrémité sur la périphérie de l’élément chauffant, cette extrémité étant alternée entre une découpe et sa voisine immédiate. A l’autre extrémité de la découpe se forme un retournement. Ce retournement, en ce qu’il constitue un carrefour de sur-circulation du courant électrique, conduit à la formation d’un point chaud préjudiciable. Le but de l’invention est de réduire le point chaud, notamment autour du retournement, en modifiant la circulation du courant électrique. L’invention se propose de fournir un élément chauffant d’une ligne d’échappement, présentant une forme sensiblement plane, limitée par un contour, comprenant des découpes sensiblement parallèles, traversantes en épaisseur, presque traversantes en largeur en ce qu’elle débouchent à une extrémité sur la périphérie du contour, cette extrémité étant alternée entre une découpe et sa voisine immédiate, et forment un retournement à l’autre extrémité, où l’élément chauffant est épaissi le long d’au moins un chemin contournant un retournement au large. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - l’élément chauffant est composé de cellules délimitées par des parois, et l’épaississement est obtenu en épaississant les parois des cellules, - un chemin est principalement tracé au-delà d’une perpendiculaire à la découpe passant par le retournement, - un chemin dépasse en deçà de la perpendiculaire d’au plus un ou deux cellules, - un chemin est éloigné du retournement d’au moins une cellule, préférentiellement d’au moins deux cellules, et encore préférentiellement d’au moins trois cellules, - un chemin recouvre au moins deux parois adjacentes, préférentiellement au moins trois et encore préférentiellement au moins quatre, - l’épaississement d’une paroi est compris entre 1 et 3 fois son épaisseur nominale, préférentiellement entre 1 et 2 fois son épaisseur nominale, - l’épaississement d’une paroi est appliqué au plus à la moitié de la périphérie d’une cellule, - un chemin est dévié vers un point froid, pour le réduire/supprimer, - l’épaississement d’une paroi sensiblement parallèle à la découpe est supérieur à l’épaississement d’une paroi sensiblement perpendiculaire à la découpe. 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, en vue de face, un élément chauffant, montre, en vue de face, un détail d’un élément chauffant autour d’un retournement, montre, en vue de face, un retournement avec des chemins épaissis. Un élément chauffant 1 est un élément intégré dans une ligne d’échappement. Il barre complétement la section de la ligne d’échappement afin que tous les gaz d‘échappement, qui circulent dans la ligne d’échappement, traversent obligatoirement l’élément chauffant 1. La section de l’élément chauffant 1 correspond sensiblement à la section de la ligne d’échappement et est disposée en travers de ladite section. L’élément chauffant 1 présente des trous ou perforations, préférentiellement régulièrement répartis sur sensiblement toute sa surface afin que les gaz d‘échappement puissent traverser l’élément chauffant 1. L’élément chauffant 1 est en matériau métallique et peut être chauffé afin de préchauffer et/ou chauffer les gaz d’échappement lors de leur traversée de l’élément chauffant 1. Le chauffage de l’élément chauffant 1 peut être réalisé électriquement, par exemple par effet Joule. En référence à la , un élément chauffant 1 est sensiblement plan et d’épaisseur réduite. Il est limité par un contour adapté à la section de la ligne d’échappement, ici circulaire. Pour un chauffage par effet Joule, l’élément chauffant 1 comprend au moins deux électrodes A, K. La circulation d’un courant électrique entre les deux électrodes A, K permet de réaliser un échauffement de l’élément chauffant 1 sur tout le chemin emprunté par le courant. Les deux électrodes A, K sont avantageusement disposées à deux parties le plus éloignées possibles de l’élément chauffant 1, afin que le courant parcoure le chemin le plus long et le plus étendu sur la surface de l’élément chauffant 1, afin que sensiblement toute partie de la surface de l’élément chauffant 1 soit parcourue par le courant et ainsi chauffée. L’élément chauffant 1 présente une forme sensiblement plane, limitée par un contour sensiblement identique à la section de la ligne d’échappement. Afin d’allonger au maximum le chemin suivi par le courant, dans le but qu’il parcoure le plus de surface possible, l’élément chauffant 1 est, de manière connue, découpé de manière à former un serpentin. Pour réaliser un tel serpentin, l’élément chauffant 1 comprend une pluralité de découpes 2. Ces découpes 2 sont sensiblement parallèles. Elles sont préférentiellement sensiblement planes. Elles sont préférentiellement régulièrement espacées. Les découpes 2 sont traversantes en épaisseur, afin de séparer complétement en épaisseur les deux branches B obtenues de part et d’autre d’une découpe 2. Les découpes 2 sont presque traversantes en largeur. Presque s’entend ici qu’une découpe 2 découpe majoritairement la largeur de l’élément chauffant 1, à l’exception d’un petit segment juste nécessaire au maintien de deux branches B adjacentes. La longueur non découpée, entre l’extrémité E2 et la périphérie de l’élément chauffant 1 est sensiblement égale à la largeur d’une branche B, soit à la distance entre deux découpes 2 adjacentes. Chaque découpe 2 débouche à une extrémité E1 sur la périphérie du contour de l’élément chauffant, et elle ne débouche pas à son autre extrémité E2. De plus, l’extrémité E1 débouchante est alternée entre une découpe 2 et sa voisine immédiate. Ainsi, du côté où une découpe 2 débouche, la découpe 2 immédiatement suivante ne débouche pas et au contraire forme un retournement 3. Un retournement 3 est ainsi formé à chaque extrémité E2 non débouchante. Un retournement 3 permet de maintenir solidaire deux branches B adjacentes. Cependant, au niveau d’un retournement 3, le courant doit opérer un demi-tour en enroulant le retournement 3 car le courant électrique recherche toujours le chemin de moindre résistance électrique et donc le chemin le plus court si la résistance de l’élément chauffant 1 est sensiblement homogène. Ceci crée une densité augmentée de lignes de courant à proximité du retournement 3, et entraîne, de manière préjudiciable, la création d’un point chaud PC à proximité du retournement 3. Afin d’éviter cet inconvénient, il est tracé dans l’élément chauffant 1 au moins un chemin 6 de moindre résistance. Un tel chemin 6 contourne le retournement 3, en passant au large. On entend par « au large » un passage du courant électrique distant du retournement 6. Un tel chemin est réalisé par un épaississement du matériau constitutif de l’élément chauffant 1, afin d’en réduire la résistance électrique. Un tel épaississement peut être réalisé dans n’importe laquelle des directions : épaisseur de l’élément chauffant 1 ou largeur/longueur de l’élément chauffant 1. Ainsi, le courant électrique, qui privilégie le chemin de moindre résistance va naturellement suivre le chemin 6 de manière privilégiée et ainsi s’éloigner du retournement 3. Cet épaississement peut être réalisé par tout moyen. Ainsi, dans un élément chauffant 1 réalisé en mousse métallique, un épaississement peut être réalisé par dépôt de matière, par exemple sous forme fondue et projetée. Dans le cas d’un élément chauffant 1 réalisé dans une tôle, selon un motif géométrique périodique et régulier en pavage, ledit motif présente des cellules 5 séparées par des parois 6. Un tel motif peut être carré/rectangulaire, triangulaire, hexagonal/circulaire ou tout autre pavage régulier. Les figures 2 et 3 montrent un pavage par un motif carré. Il est alors possible de réaliser l’épaississement en épaississant les parois 4 des cellules 5 de l’élément chauffant 1, le long des chemins 6. Cet épaississement est alors avantageusement réalisé lors de la fabrication de l’élément chauffant 1. Si l’élément chauffant 1 est réalisé en technologie soustractive, par usinage/perforation d’une tôle, ledit usinage, qui réalise les perforations des cellules 5, est adapté afin qu’il retire un peu moins de matière. Si l’élément chauffant 1 est réalisé en technologie additive, par impression 3D, le modèle est modifié et il est ajouté plus de matière aux parois 4 bordant/définissant le ou les chemins 6. Il est apparu lors de l’étude que la présence d’un chemin 6 en deçà d’une ligne P perpendiculaire à la découpe 2 passant par le retournement 3, n’apportait pas d’amélioration sensible au problème. Or, tout épaississement de l’élément chauffant 1 réduit la section passante de l’élément chauffant 1 au regard des gaz d’échappement, en ce qu’il augmente la perte de charge de manière préjudiciable. Aussi, tout épaississement inutile doit être évité. Selon une autre caractéristique, un chemin 6 est principalement tracé au-delà de la perpendiculaire P à la découpe 2 passant par le retournement 3. La zone au-delà de la perpendiculaire P est la zone où l’élément chauffant 1 n’est pas découpé. Aussi, en accord avec la caractéristique précédente, selon une autre caractéristique, un chemin 6 ne dépasse, en deçà de la perpendiculaire P que d’au plus un ou deux cellules 5. Le but d’un chemin 6 est d’éloigner la circulation du courant électrique du retournement 3. Pour cela un chemin 6 doit être éloigné du retournement 3 d’une certaine distance. Aussi, avantageusement, un chemin 6 est éloigné du retournement 3 d’au moins une cellule 5, préférentiellement d’au moins deux cellules 5, et encore préférentiellement d’au moins trois cellules 5. Afin de dévier suffisamment de courant électrique, sans pour autant fermer une cellule 5, il convient de multiplier les trajets privilégiés, de faible résistance. Aussi, selon une autre caractéristique, un chemin 6 recouvre au moins deux parois 4 adjacentes, préférentiellement au moins trois et encore préférentiellement au moins quatre. La montre un triplement dans le sens horizontal et un doublement dans le sens vertical. Il est entendu par sens horizontal une orientation perpendiculaire aux découpes 2. Il est entendu par sens vertical une orientation parallèle aux découpes 2. Un chemin 6 a pour but de créer un trajet moins résistant. Cependant, l’épaississement local de l’élément chauffant 1 tend à créer une perte de charge préjudiciable. Aussi, un équilibre est à trouver, en privilégiant une multiplication des trajets plutôt qu’un épaississement d’un moins grand nombre de trajets. Selon une autre caractéristique, l’épaississement d’une paroi 4 est limité afin qu’il ne dépasse pas trois fois l’épaisseur nominale d’une paroi 4, soit l’épaisseur moyenne d’une paroi 4 pour un élément chauffant 1 non modifié par l’invention. Il est en effet primordial de laisser toutes les cellules 5 ouvertes pour laisser passer les gaz d’échappement sans perte de charge excessive et de la manière la plus homogène possible. Dans la suite de la caractéristique précédente, selon une autre caractéristique, l’épaississement d’une paroi 4 est appliqué au plus à la moitié de la périphérie d’une cellule 5, afin de conserver une section passante à toute cellule 5. Le tracé d’un chemin 6 est conçu pour passer au large d’un retournement 3, afin d’éviter la formation d’un point chaud PC au retournement 3, à l’extrémité E2 de la découpe 2. Il peut arriver que l’élément chauffant 1 présente encore au moins un point froid PF. C’est le cas par exemple de la périphérie de l’élément chauffant 1 où une partie de l’élément chauffant 1 est masquée par un flasque de fixation. Les gaz d’échappement ne circulent alors pas dans les cellules 5 de cette zone masquée. Selon une autre caractéristique, il peut être remédié à ce point froid PF en déviant un chemin 6, de telle manière à le faire passer par le point froid PF. Ceci permet avantageusement de supprimer ou au moins de réduire le point froid PF. Ainsi, la création de chemins 6 permet au moins deux fonctions, d’une part le contournement d’un retournement 3 au large afin d’éviter la formation d’un point chaud PC et d’autre part la suppression ou la réduction d’un point froid PF. Afin d’obtenir le but de l’invention, l’analyse a montré que l’épaississement d’une paroi 4 était plus efficace parallèlement à la découpe 2 que perpendiculairement à la découpe 2. Aussi, selon une autre caractéristique, l’épaississement d’une paroi 4 sensiblement parallèle à la découpe 2 est supérieur à l’épaississement d’une paroi 4 sensiblement perpendiculaire à la découpe 2. 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. Elément chauffant (1) d’une ligne d’échappement, présentant une forme sensiblement plane, limitée par un contour, comprenant des découpes (2) sensiblement parallèles, traversantes en épaisseur, presque traversantes en largeur en ce qu’elle débouchent à une extrémité (E1) sur la périphérie du contour, cette extrémité (E1) étant alternée entre une découpe (2) et sa voisine immédiate, et forment un retournement (3) à l’autre extrémité (E2), caractérisé e en ce qu e l’élément chauffant (1) présente un épaississement le long d’au moins un chemin (6) de moindre résistance contournant un retournement (3) au large. Elément chauffant (1) selon la revendication 1, composé d’un ensemble de cellules (5) délimitées par des parois (4), où l’épaississement est obtenu en épaississant les parois (4) des cellules (5) de l’élément chauffant (1). Elément chauffant (1) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, où un chemin (6) est principalement tracé au-delà d’une perpendiculaire (P) à la découpe (2) passant par le retournement (3). Elément chauffant (1) selon la revendication 3, où un chemin (6) dépasse en deçà de la perpendiculaire (P) d’au plus un ou deux cellules (5). Elément chauffant (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, où un chemin (6) est éloigné du retournement (3) d’au moins une cellule (5), préférentiellement d’au moins deux cellules (5), et encore préférentiellement d’au moins trois cellules (5). Elément chauffant (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, où un chemin (6) recouvre au moins deux parois (4) adjacentes, préférentiellement au moins trois et encore préférentiellement au moins quatre. Elément chauffant (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, où l’épaississement d’une paroi (4) est compris entre une et trois fois son épaisseur nominale, préférentiellement entre une et deux fois son épaisseur nominale. Elément chauffant (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, où l’épaississement d’une paroi (4) est appliqué au plus à la moitié de la périphérie d’une cellule (5). Elément chauffant (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, où un chemin (6) est dévié vers un point froid (PF), pour le réduire/supprimer . Elément chauffant (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, où l’épaississement d’une paroi (4) sensiblement parallèle à la découpe (2) est supérieur à l’épaississement d’une paroi (4) sensiblement perpendiculaire à la découpe (2).