Brevet FR3142506A1 — publié le 20240531

Ensemble comprenant un capteur (2) et un dispositif de protection thermique du capteur (3’) dans une ligne d’échappement externe (1) d’un moteur thermique d’un véhicule automobile, ledit capteur étant configuré pour être implanté dans un tube d’échappement (10) de la ligne d’échappement et comprenant une partie externe proximale d’un volume d’échappement pouvant émettre un rayonnement thermique externe, ledit dispositif de protection thermique comprenant : - un écran (30) comprenant une paroi protectrice (300) s’étendant suivant la direction longitudinale de la partie externe du capteur et s’étendant suivant une surface faisant face à au moins la partie externe latérale du capteur qui est proximale du volume d’échappement, et - des moyens de fixation (31, 3020, 3030, 3021, 3031, 302, 303) configurés pour retenir ledit écran au moins au tube d’échappement (10) et de sorte que la partie externe du capteur et au moins ladite paroi protectrice soient espacées l’une de l’autre selon un espacement laissant au moins une lame d’air apte à circuler entre au moins ladite paroi protectrice et le capteur. Figure à publier avec l’abrégé : [ Fig. 2] Ensemble comprenant un capteur et un dispositif de protection thermique du capteur dans une ligne d’échappement d’un véhicule automobile L’invention concerne un ensemble comprenant un capteur et un dispositif de protection thermique du capteur dans une ligne d’échappement externe d’un moteur thermique d’un véhicule automobile, ainsi que le véhicule comportant ledit ensemble. Dans la description, les termes « capteur » ou « sonde » sont employés de manière équivalente. La ( ) illustre de manière connue, selon une vue en perspective partielle, une ligne d’échappement externe 1, montée sous caisse (sous plancher) d’un véhicule automobile. Cette ligne 1 comprend un tuyau flexible 13 qui se raccorde en amont à la sortie d’un moteur pour recueillir les gaz d’échappement qui en sortent (flèche G), et en aval à un dispositif en volume de dépollution des gaz d’échappement 11, raccordé à un tube d’échappement 10, raccordé à un volume acoustique d’échappement 12. Le dispositif de dépollution 11 peut par exemple comprendre des catalyseurs et/ou un filtre à particules, et il peut atteindre des températures de peau (autrement dit de surface extérieure) supérieures à 400°C en fonctionnement. En outre, la ligne d’échappement 1 comporte en général une pluralité de capteurs tels que des capteurs de température et de capteurs de pression non représentés sur la , et au moins un capteur de concentration d’oxydes d’azote 2 afin de contrôler la teneur en ce polluant conformément à des normes, par exemple la norme Euro 7. Ledit capteur de concentration d’oxydes d’azote, couramment appelé « capteur NOx » ou « sonde NOx », est situé en amont ou en aval du ou des dispositifs de dépollution. Le capteur NOx 2, situé en aval du dispositif de dépollution 11, comprend une tête (non visible sur la ) insérée à l’intérieur du tube d’échappement 10. A l’extrémité opposée de la tête, à l’extérieur du tube d’échappement, se trouve un câble 21 extérieur au tube et qui communique avec un calculateur, ce câble étant relié au corps du capteur par une partie comportant un anneau passe-câble 20 en caoutchouc, appelé couramment par son équivalent anglais « grommet ». Un inconvénient des capteurs sur la ligne d’échappement est leur sensibilité aux hautes températures qui peuvent le dégrader. C’est notamment le cas du capteur NOx 2 qui est à proximité d’un dispositif dépolluant 11, notamment à proximité de l’extrémité de sortie 110 du dispositif dépolluant, dont rayonne une chaleur très importante, de sorte que notamment le « grommet » 20 en caoutchouc peut être dégradé par ces hautes températures. En outre le capteur pouvant être aussi, comme selon cet exemple, à proximité du volume acoustique d’échappement 12 qui est volumineux, il se trouve entouré de volumes qui s’opposent à une bonne circulation d’air pour le refroidir. Il est donc nécessaire de protéger thermiquement les capteurs à proximité d’un volume d’échappement pouvant émettre des rayonnements thermiques à températures élevées, et en particulier de protéger la partie externe du capteur NOx de la ligne d’échappement. A cet effet, l’invention fournit un ensemble comprenant un capteur et un dispositif de protection thermique du capteur dans une ligne d’échappement externe d’un moteur thermique d’un véhicule automobile, ledit capteur étant configuré pour être implanté dans un tube d’échappement de la ligne d’échappement et comprenant une partie externe proximale d’un volume d’échappement pouvant émettre un rayonnement thermique externe, ledit dispositif de protection thermique comprenant : - un écran comprenant une paroi protectrice contre le rayonnement thermique externe provenant dudit volume , ladite paroi protectrice s’étendant suivant la direction longitudinale de la partie externe du capteur et s’étendant suivant une surface faisant face à au moins la partie externe latérale du capteur qui est proximale dudit volume d’échappement, et - des moyens de fixation configurés pour retenir ledit écran au moins au tube d’échappement et de sorte que la partie externe du capteur et au moins ladite paroi protectrice soient espacées l’une de l’autre selon un espacement laissant au moins une lame d’air apte à circuler au moins entre la paroi protectrice et le capteur. Ladite paroi protectrice est ainsi positionnée de manière à couper le rayonnement thermique provenant dudit volume d’échappement vis-à-vis de la partie externe du capteur, c’est-à-dire vis-à-vis de la partie du capteur qui est hors du tube d’échappement. De préférence, ledit dispositif de protection thermique comprend en outre une paroi de fixation, dans le prolongement de la paroi protectrice, dont une portion a une forme de direction principale longitudinale et apte à épouser partiellement la forme du tube d’échappement. En particulier ladite paroi de fixation comprend au moins des éléments de fixation que comprennent lesdits moyens de fixation. De préférence, lesdits moyens de fixation comprennent un support de fixation se fixant au tube d’échappement. En particulier, ledit support coopère avec les éléments de fixation que comprend la paroi de fixation. En particulier, lesdits éléments de fixation que comprend la paroi de fixation sont des orifices. En particulier, lesdits moyens de fixation comprennent des vis ou similaires (comme des boulons) passant dans lesdits orifices de manière à fixer ledit écran au support de fixation. Selon un mode de réalisation préféré, ledit dispositif ne comprend que des moyens de fixation au tube d’échappement. Ledit dispositif est fixé seulement au tube d’échappement, c’est-à-dire qu’il n’y a pas notamment de moyens de fixation entre l’écran et le capteur, ce qui permet d’éviter une conduction thermique entre l’écran et le capteur. De préférence, la paroi protectrice s’étend suivant une surface couvrant la partie supérieure du capteur et la partie latérale du capteur qui est proximale du volume d’échappement On entend par « partie supérieure du capteur », la partie du capteur opposée à celle du côté du sol, lorsque le capteur et l’écran sont en place sur la ligne d’échappement d’un véhicule. En particulier, la paroi protectrice a une surface suivant une ligne directrice périmétrique décrivant globalement au moins un quart de cercle pour couvrir la partie supérieure du capteur et la partie latérale du capteur qui est proximale du volume d’échappement. En particulier, ledit capteur est un capteur de concentration d’oxydes d’azote. En particulier, ledit écran peut comporter des éléments de rigidification, en particulier des rebords ou des nervures de rigidification. Des éléments de rigidification sous forme de rebords orientés vers l’extérieur peuvent contribuer à la protection thermique du capteur. L’invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant un moteur thermique et une ligne d’échappement externe reliée audit moteur, disposée sous le plancher du véhicule, et ladite ligne comportant un volume d’échappement pouvant émettre un rayonnement thermique externe et un capteur comprenant une partie externe proximale dudit volume d’échappement, caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble comprenant un capteur et un dispositif de protection thermique du capteur dans ladite ligne d’échappement externe tel que décrit précédemment. Avantageusement, la paroi protectrice que comprend le dispositif de protection thermique, est ouverte en zone inférieure du dispositif de sorte que l’air circulant sous le plancher du véhicule ait accès au capteur (au moins à la partie externe du capteur) pour participer à son refroidissement. De préférence, ladite paroi protectrice n’a pas de surface couvrant la partie inférieure du capteur (partie externe du capteur se trouvant du côté du sol). En particulier le volume d’échappement pouvant émettre un rayonnement thermique externe peut être un volume dépolluant des gaz d’échappement ou un volume acoustique d’échappement. En particulier le rayonnement thermique émis par le volume d’échappement en fonctionnement peut atteindre des températures très élevées, de l’ordre d’au moins 300°C , en particulier d’au moins 400 °C. D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés à titre indicatif mais non limitatifs, en référence aux dessins annexés sur lesquels : est une vue en perspective illustrant une ligne d’échappement comprenant un capteur NOx à proximité d’un volume d’échappement dépolluant, selon une disposition connue. est une vue en perspective et de côté d’un ensemble comprenant un capteur et un dispositif de protection thermique du capteur, selon un mode de réalisation préféré de l’invention, monté dans une ligne d’échappement. est une vue en perspective et de dessus de l’ensemble tel qu’illustré en . est une vue en perspective et de dessous de l’ensemble tel qu’illustré en figures 2 et 3. représente une vue partiellement éclatée de l’ensemble tel qu’illustré en figures 2 à 4, le capteur étant monté sur une partie de tube de la ligne d’échappement. est une vue en perspective d’un dispositif de protection thermique d’un capteur pour un ensemble comprenant un capteur et un dispositif de protection thermique du capteur, selon un autre mode de réalisation de l’invention. est une vue en perspective et de dessus d’un ensemble comprenant un dispositif de protection thermique tel qu’illustré en et un capteur, monté dans une ligne d’échappement. est une vue en perspective et de dessous de l’ensemble tel qu’illustré en . Les orientations exprimées dans la description des figures sont données en référence à un repère orthonormé classique XYZ d’un véhicule automobile dans lequel X représente la direction longitudinale avant-arrière du véhicule, orientée vers l’arrière, Y la direction transversale du véhicule, orientée vers la droite, et Z la direction verticale orientée vers le haut du véhicule, les roues de ce dernier reposant sur le sol. Sauf précisions contraires, dans la présente description, les termes avant, arrière, supérieur, inférieur, font ainsi référence aux directions du véhicule, lorsque le dispositif de protection thermique selon l’invention est monté sur la ligne d’échappement externe du véhicule. On entend par « ligne d’échappement externe » que la ligne d’échappement est apte à recevoir de l’air atmosphérique. En général la ligne d’échappement est sous le plancher du véhicule, accessible à l’air ambiant. Des références identiques pourront être utilisées d’une figure à l’autre pour désigner des éléments identiques ou similaires. La a été commentée en introduction afin de présenter une ligne d’échappement externe 1 d’un moteur thermique d’un véhicule automobile. Les figures 2 à 5 illustrent un premier mode de réalisation et préféré d’un ensemble capteur - dispositif de protection thermique du capteur selon l’invention. Ces figures seront commentées en même temps. La reprend la ligne d’échappement externe 1 qui conduit d’amont en aval (flèche G) les gaz d’échappement émis par un moteur thermique vers l’orifice de sortie débouchant sur l’extérieur. Ladite ligne comprend au moins un dispositif de dépollution 11 des gaz d’échappement émettant un rayonnement thermique externe, et au moins un capteur (ou sonde) de concentration d’oxydes d’azote 2 (capteur NOx), disposé en aval dudit dispositif de dépollution 11, à proximité de l’extrémité de sortie 110 du dispositif dépolluant, et en amont du volume acoustique d’échappement 12. Ledit capteur 2 comprend une tête, non visible sur les figures, incluse dans un tube d’échappement 10 raccordant le dispositif dépolluant 11 au volume acoustique d’échappement. La partie externe du capteur 2 comprenant le « grommet » 20 et le câble 21 (partiellement représenté) est celle visible sur les figures. Selon l’invention, un dispositif de protection thermique 3 est installé sur le tube d’échappement 10, et interposé entre le dispositif dépolluant 11 et la partie externe du capteur, pour protéger la partie externe du capteur NOx 2 du rayonnement thermique, à des températures très élevées, provenant du dispositif dépolluant 11. Ce dispositif de protection thermique 3 comprend un écran 30 et un support de fixation 31 ainsi que des vis de fixation 302, 303. L’écran est en tôle, en acier inoxydable. Les divers éléments de fixation sont aussi en acier inoxydable. L’écran 30 comporte une paroi 300 protectrice, de forme arrondie selon l’exemple, sa convexité étant tournée vers l’extérieur par rapport au capteur, ladite paroi protectrice 300 s’étendant suivant la direction longitudinale du corps du capteur, de sorte que la partie externe du capteur peut être entourée partiellement et avec un espacement par cette paroi 300. Cette paroi protectrice 300 comprend une première portion 3001 s’étendant sensiblement dans un plan selon les directions verticale Z et transversale Y du véhicule, prolongée supérieurement par une deuxième portion 3002 s’étendant sensiblement dans un plan selon les directions longitudinale X et transversale Y du véhicule. Cette paroi protectrice 300 a une surface suivant une ligne périmétrique décrivant globalement un quart de cercle pour couvrir la partie latérale du capteur qui est proximale du dispositif dépolluant 11 et la partie supérieure du capteur. Cette paroi protectrice 300 est ouverte en zone inférieure de sorte que l’air circulant sous le plancher du véhicule ait accès au capteur (à la partie externe du capteur) pour participer à son refroidissement. Cette paroi protectrice 300 est ouverte aussi en zone latérale distale du dispositif dépolluant 11 de manière à évacuer l’air chaud circulant par le courant d’air passant d’avant en arrière suivant la ligne d’échappement lorsque le véhicule roule en marche avant. L’écran 30 comprend en outre une paroi de fixation 301, dans le prolongement de la paroi protectrice 300, dont une portion a une forme de direction principale longitudinale X et épousant partiellement la forme du tube d’échappement, partiellement cylindrique selon l’exemple. Cette paroi de fixation 301 intègre deux pattes de fixation 3020, 3030 comportant respectivement deux orifices de fixation 3021, 3031 récepteurs respectivement des vis de fixation 301, 303. L’écran 30 comporte aussi deux rebords de rigidification, l’un supérieur 305 et l’autre inférieur 304, orientés vers l’extérieur, qui peuvent aussi contribuer à protéger le capteur des rayonnements thermiques provenant du dispositif dépolluant 11. Le dispositif comprend un support de fixation 31 qui se fixe, par exemple par soudage, sur le tube d’échappement 10, à proximité du capteur 2. Le support comporte une partie centrale 311 allongée et de forme adaptée pour épouser partiellement la forme du tube 10, par exemple partiellement d’une bague, qui est la partie soudée sur le tube 10. Cette partie centrale 311 est prolongée de part et d’autre par des languettes de fixation 312, 313 formant les extrémités du support s’étendant au-delà du pourtour du tube 10. Ces languettes comportent respectivement des orifices avec écrous 3121, 3131 dans lesquels se vissent les vis de fixation 302, 303. Selon ce mode de réalisation préféré, l’écran 30 n’est solidarisé qu’au tube d’échappement 10, il n’est pas solidarisé au capteur 2, de sorte qu’il n’y a aucun élément matériel en contact du capteur et qui pourrait, par conduction, diffuser de la chaleur jusqu’au capteur. L’écran 30 est fixé espacé du capteur 2 de sorte à laisser une lame d’air qui peut circuler dans cet espace entre la face intérieure de l’écran et la partie externe du capteur, notamment entre la face intérieure de la paroi protectrice et le capteur. La lame d’air apporte de l’isolation thermique, et la circulation d’air est possible pour refroidir la partie externe du capteur. Les figures 6 à 8 illustrent un autre mode de réalisation d’un ensemble capteur - dispositif de protection thermique du capteur selon l’invention. Dans cet autre mode de réalisation, le dispositif de protection thermique 3’ comprend un écran 30’ intégrant des moyens de fixation 33’, 34’ respectivement au tube d’échappement 10 et au corps du capteur 2. L’écran 30’ comporte une paroi protectrice 300’, de forme arrondie ayant une convexité tournée vers l’extérieur, qui s’étend globalement en arc de cercle au-dessus et latéralement autour du capteur 2, afin de protéger le capteur du rayonnement à hautes températures provenant du dispositif dépolluant 11. Comme précédemment, la zone inférieure, sous le capteur, n’est pas entourée afin de permettre à l’air circulant sous le plancher du véhicule de refroidir la partie externe du capteur 2. L’écran 30’ comprend une paroi de fixation 301’ dans le prolongement de la paroi protectrice 300’, dont une portion a une forme de direction principale longitudinale X et épousant partiellement la forme du tube d’échappement 10, partiellement cylindrique selon l’exemple. Cette paroi de fixation 301’ intègre un premier clip de fixation 34’, en forme de lyre, qui vient s’encliqueter sur le tube d’échappement 10. La paroi protectrice 300’ intègre en outre un autre clip de fixation 34’, en forme de lyre, qui vient s’encliqueter sur la partie externe du corps du capteur 2, afin de retenir solidement l’écran 3. La paroi protectrice 300’ ayant une surface plus grande que dans le premier mode de réalisation, elle est plus sensible aux flux d’air. Toutefois le clip de fixation 34’ retenu au capteur 2 peut créer un pont thermique s’il est en matériau ayant une certaine conductibilité thermique, ce qui pourrait être le cas d’un matériau de type acier inoxydable choisi pour des raisons économiques et de résistance aux hautes températures. Ensemble comprenant un capteur (2) et un dispositif de protection thermique du capteur (3, 3’) dans une ligne d’échappement externe (1) d’un moteur thermique d’un véhicule automobile, ledit capteur étant configuré pour être implanté dans un tube d’échappement (10) de la ligne d’échappement et comprenant une partie externe proximale d’un volume d’échappement pouvant émettre un rayonnement thermique externe, ledit dispositif de protection thermique comprenant : - un écran (30, 30’) comprenant une paroi protectrice (300, 300’), ladite paroi protectrice s’étendant suivant la direction longitudinale de la partie externe du capteur et s’étendant suivant une surface faisant face à au moins la partie externe latérale du capteur qui est proximale du volume d’échappement, et - des moyens de fixation (31, 3020, 3030, 3021, 3031, 302, 303, 33’) configurés pour retenir ledit écran au moins au tube d’échappement (10) et de sorte que la partie externe du capteur et au moins ladite paroi protectrice soient espacées l’une de l’autre selon un espacement laissant au moins une lame d’air apte à circuler entre au moins ladite paroi protectrice et le capteur. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de protection thermique comprend en outre une paroi de fixation (301, 301’), dans le prolongement de la paroi protectrice (300, 300’), dont une portion a une forme de direction principale longitudinale et apte à épouser partiellement la forme du tube d’échappement. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation comprennent un support de fixation (31) se fixant au tube d’échappement (10). Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits éléments de fixation que comprend la paroi de fixation sont des orifices (3021, 3031) et des vis ou similaires (302,303) passant dans lesdits orifices, de manière à fixer ledit écran (30) au support de fixation (31). Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit dispositif (3) ne comprend que des moyens de fixation (3020, 3030, 3021, 3031, 302, 303) au tube d’échappement. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la paroi protectrice (300) s’étend suivant une surface couvrant la partie supérieure du capteur et la partie latérale du capteur qui est proximale du volume d’échappement (11). Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit capteur (2) est un capteur de concentration d’oxydes d’azote. Véhicule automobile comprenant un moteur thermique et une ligne d’échappement externe (1) reliée audit moteur, disposée sous le plancher du véhicule, et comportant un volume d’échappement (11) pouvant émettre un rayonnement thermique externe et un capteur (2) comprenant une partie externe proximale dudit volume d’échappement, caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble comprenant ledit capteur et un dispositif de protection thermique (3, 3’) du capteur dans ladite ligne d’échappement externe selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. Véhicule automobile selon la revendication 8, caractérisé en ce que la paroi protectrice (300, 300’), que comprend le dispositif de protection thermique, est ouverte en zone inférieure de sorte que l’air circulant sous le plancher du véhicule ait accès au capteur (2) pour participer à son refroidissement. Véhicule selon l’une quelconque des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que le volume d’échappement pouvant émettre un rayonnement thermique externe est un volume dépolluant des gaz d’échappement ou un volume acoustique d’échappement.