FR3094040A1 - Organe de chauffage pour un dispositif de purification de gaz d’échappement d’un véhicule - Google Patents

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Abstract

Organe de chauffage pour un dispositif de purification de gaz d’échappement d’un véhicule L’invention concerne un organe de chauffage (30) pour un dispositif de purification de gaz d’échappement d’un véhicule comportant: un cadre périphérique extérieur (40), électriquement conducteur, présentant un centre géométrique (G) et symétrique autour d’un axe (X), un support central (42) électriquement conducteur, centrée sur le centre géométrique (G), et une grille chauffante (44) ajourée, centrée sur le centre géométrique (G), la grille chauffante (44) s’étendant entre le support central (42) et le cadre périphérique extérieur (40), la grille chauffante (44) étant formée d’une pluralité de brins (46) raccordés par des nœuds (48), les brins (46) délimitant entre eux des ouvertures (50). Figure pour l'abrégé : Figure 3

Description

Organe de chauffage pour un dispositif de purification de gaz d’échappement d’un véhicule
La présente invention concerne un organe de chauffage pour un dispositif de purification de gaz d’échappement d’un véhicule.
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. De tels organes ne sont efficaces que lorsque le matériau catalytique se trouve à une température minimum.
A cet effet, il a été développé des dispositifs de purification intégrant un organe de chauffage monté en vis-à-vis de la face amont d’un organe de purification, de sorte à chauffer l’organe de purification de manière accélérée au démarrage du véhicule. FR 3 065 027 A1 décrit un tel dispositif de purification, dans lequel l’organe de chauffage est formé par une pluralité de fils chauffants entrecroisés montés entre un cadre périphérique et un support central.
Les organes de chauffage existant ne donnent toutefois pas entière satisfaction. En effet, l’augmentation de température de la grille chauffante entraine une dilatation thermique radiale qui peut causer un écrasement des brins, ce qui peut provoquer des courts circuits créant des points chauds. De tels points chauds entrainent une fragilité importante qui peut causer une rupture de la grille chauffante.
Ainsi, un objectif de l’invention est d’augmenter la durabilité et les performances de tels organes de chauffage.
A cet effet, l’invention a pour objet un organe de chauffage pour un dispositif de purification de gaz d’échappement d’un véhicule comportant : un cadre périphérique extérieur, électriquement conducteur, présentant un centre géométrique et symétrique autour d’un axe, un support central électriquement conducteur, centrée sur le centre géométrique, et une grille chauffante ajourée, centrée sur le centre géométrique, la grille chauffante s’étendant entre le support central et le cadre périphérique extérieur, la grille chauffante étant formée d’une pluralité de brins raccordés par des nœuds, les brins délimitant entre eux des ouvertures.
Selon des modes de réalisation particuliers de l’invention, l’organe de chauffage présente également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) :
- la grille chauffante présente une première face et une deuxième face, la première face et la deuxième face présentant chacune au moins une zone plane, la grille chauffante étant déformée, de préférence par emboutissage, de sorte à former un relief présentant une forme annulaire centrée sur le centre géométrique, le relief faisant saillie par rapport à la zone plane de la première face et définissant un creux relativement à la zone plane de la deuxième face ;
- le relief présente une hauteur comprise entre un quinzième et un cinquième du rayon de la grille chauffante, de préférence comprise entre un douzième et un huitième du rayon de la grille chauffante et avantageusement sensiblement égale à un dixième du rayon de la grille chauffante ;
- la grille chauffante forme deux reliefs annulaires successifs selon la direction radiale, les reliefs présentant des concavités opposées ;
- la grille chauffante est formée d’une pluralité d’éléments chauffants allongés, les éléments chauffants allongés occupant une section angulaire respective de la grille chauffante, et étant agencé en zigzag à l’intérieur de cette section angulaire de sorte à former une succession de brins raccordés par des nœuds et étant lié par lesdits nœuds aux éléments chauffants allongés occupant les sections angulaires voisines, et d’une pluralité de branches de connexion extérieure reliant les éléments chauffants allongés au cadre périphérique extérieur, chaque branche de connexion extérieure étant propre à se déformer pour absorber la dilatation thermique radiale de la grille chauffante au cours du fonctionnement de l’organe de chauffage ;
- chaque branche de connexion extérieure forme un bras de levier.
- chaque branche de connexion extérieure comporte une portion de connexion à un nœud, une portion allongée et une portion de connexion au cadre périphérique extérieur, les portions de connexion s’étendant sensiblement radialement, la portion allongée s’étendant selon une direction de compensation, la direction de compensation formant un angle de compensation avec la direction radiale, l’angle de compensation étant compris entre 10° et 120° ;
- l’organe de chauffage comprend une couronne de séparation électriquement conductrice centrée sur le centre géométrique, la grille chauffante présentant un premier maillage de brins entre la couronne de séparation et le cadre périphérique extérieur et un deuxième maillage de brins entre la couronne de séparation et le support central, la grille chauffante comportant dans chaque maillage de brins, une pluralité d’éléments chauffants allongés ;
- la grille chauffante comprend, pour le premier maillage de brins, une pluralité de branches de connexions extérieures reliant les éléments chauffants allongés au cadre périphérique extérieur et une pluralité de branches de connexions intérieures reliant les éléments chauffants allongés à la couronne de séparation et la grille chauffante comprenant, pour le deuxième maillage de brins, une pluralité de branches de connexions extérieures reliant les éléments chauffants allongés à la couronne de séparation et une pluralité de branches de connexions intérieures reliant les éléments chauffants allongés au support central ;
- le nombre d’éléments chauffants allongés par secteur angulaire est plus important dans le premier maillage que dans le deuxième maillage ;
- la couronne de séparation présente une largeur strictement supérieure à deux fois la largeur d’un brin ;
-la grille chauffante présente une structure adaptée pour éviter le contact entre les nœuds au cours du fonctionnement de l’organe de chauffage ;
- la grille chauffante est adaptée pour se déformer selon l’axe, de sorte à absorber une partie de la dilatation thermique radiale de la grille chauffante au cours du fonctionnement de l’organe de chauffage ;
- l’organe de chauffage comporte des éléments différents des brins, adaptés pour absorber une partie de la dilatation thermique radiale de la grille chauffante au cours du fonctionnement de l’organe de chauffage ;
- la portion de connexion au cadre périphérique extérieur d’une branche de connexion extérieure s’étend selon la même direction que la portion de connexion à un nœud de la branche de connexion extérieure voisine.
L’invention a également pour objet un dispositif de purification des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne comprenant au moins un organe de chauffage tel que défini précédemment.
L’invention a également pour objet une ligne d’échappement de moteur à combustion, comprenant un dispositif de purification des gaz tel que défini précédemment.
L’invention a également pour objet un véhicule caractérisé en ce qu’il comporte une ligne d’échappement telle que définie précédemment.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
la Figure 1 est une représentation schématique simplifiée d’une ligne d’échappement de véhicule automobile intégrant un organe de chauffage selon l’invention,
la Figure 2 est une vue en perspective d’une partie d’un dispositif de purification de la ligne d’échappement de la Figure 1, dont la paroi extérieure a été représentée partiellement découpée de sorte à laisser visible l’intérieur du dispositif,
la figure 3 est une vue en perspective d’une portion de l’organe de chauffage dans un premier mode de réalisation de l’invention,
la figure 4 est une vue en plan d’un organe de chauffage dans un deuxième mode de réalisation de l’invention, et
la Figure 5 est une vue en plan d’un détail marqué V de la Figure 4.
La ligne d’échappement 1 représentée sur la figure 1 est destinée à être implantée à bord d’un véhicule, typiquement d’un véhicule équipé d’un moteur thermique 3. Ce véhicule est typiquement un véhicule automobile, par exemple une voiture ou un camion.
Comme visible sur la figure 1, 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 relargage 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.
Ce dispositif de purification 9 comporte au moins un organe 10 de purification des gaz d’échappement ayant une face amont 12 par laquelle les gaz d’échappement pénètrent dans l’organe de purification 10, et une face aval 14 par laquelle les gaz d’échappement sortent de l’organe de purification 10.
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.
L’organe de purification 10 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 un axe de symétrie (non représenté).
Le dispositif de purification 9 comprend également un fourreau 16 à l’intérieur duquel est placé l’organe de purification 10, et une nappe de maintien 18 interposée entre l’organe de purification 10 et le fourreau 16.
Le dispositif de purification 9 comprend encore un organe d’alimentation 20, pour l’alimentation de l’organe de purification 10 avec les gaz d’échappement provenant du collecteur 5, et un organe de collecte 22, pour collecter les gaz d’échappement purifiés sortant de l’organe de purification 10 et les diriger vers la canule 7.
L’organe d’alimentation 20 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 10, et comprend une entrée de gaz d’échappement 24 raccordée fluidiquement au collecteur 5.
L’organe de collecte 22 est typiquement constitué par un cône de sortie. Il est interposé fluidiquement entre l’organe de purification 10 et la canule 7, et comprend une sortie de gaz d’échappement 26 raccordée fluidiquement à la canule 7.
L’organe d’alimentation 20, comprend plus particulièrement une enveloppe 28 en matériau électriquement conducteur, délimitant un passage pour les gaz d’échappement, et un organe de chauffage 30 logé dans l’enveloppe 28. L’organe d’alimentation 20 comprend également une alimentation électrique 32 avec une première borne 33A et une deuxième borne 33B pour l’alimentation de l’organe de chauffage 30 en électricité.
L’enveloppe 28 est raccordée électriquement à la première borne 33A de l’alimentation électrique 32, typiquement au moyen d’une connexion électrique formée par une tige filetée soudée sur l’enveloppe 28. En variante (non représentée), l’enveloppe 28 est raccordée électriquement à la masse au moyen du même type de connexion électrique.
Comme visible sur la Figure 1, l’enveloppe 28 présente une face amont 34 par laquelle les gaz d’échappement pénètrent dans l’organe d’alimentation 20, et une face aval 36 par laquelle les gaz d’échappement sortent de l’organe d’alimentation 20. L’enveloppe 28 est adaptée pour guider jusqu’à la face aval 36 les gaz pénétrant par la face amont 34. L’organe d’alimentation 20 est disposé relativement à l’organe de purification 10 de sorte que la face aval 36 de l’enveloppe 28 coïncide sensiblement avec la face amont 12 de l’organe de purification 10.
L’enveloppe 28 constitue une pièce structurelle adaptée pour subir les contraintes mécaniques propres à une ligne d’échappement sans se déformer.
L’enveloppe 28 est fixée au fourreau 16, typiquement par soudure, rivetage ou vissage.
L’enveloppe 28 est tubulaire. La face aval 36 de l’enveloppe 28 est centrée sur un axe C sensiblement confondu avec l’axe de symétrie de l’organe de purification 10.
Ici, la section de la face aval 36 est circulaire. En variante, la section de la face aval 36 est polygonale ou sensiblement elliptique.
Comme visible sur la Figure 2, l’organe de chauffage 30 est logé dans l’enveloppe 28 en regard de la face aval 36, en léger retrait vers l’intérieur de l’organe d’alimentation 20 par rapport à cette face aval 36. Par « en léger retrait », on comprend que l’organe de chauffage 30 est à une distance de la face aval 36 comprise entre 1 et 50 mm. L’organe de chauffage 30 est ainsi placé en regard et à distance de la face amont 12 de l’organe de purification 10.
L’organe de chauffage 30 est sensiblement plan, c’est-à-dire qu’il présente une épaisseur axiale inférieure à 20%, et de préférence inférieure à 10% de son diamètre radial.
En référence à la Figure 3, l’organe de chauffage 30 comprend un cadre périphérique extérieur 40, un support central 42 et une grille chauffante 44. La grille chauffante 44 est formée d’une pluralité de brins 46 raccordés par des nœuds 48, les brins 46 délimitant entre eux des ouvertures 50.
L’organe de chauffage 30 est réalisé en un matériau conducteur. Il est de préférence formé d’une pièce.
L’organe de chauffage 30 est connecté à l’alimentation électrique 32, de sorte que l’alimentation électrique 32 est susceptible de faire parcourir un courant dans les brins 46.
Le matériau conducteur est par exemple choisi parmi le Fer-Chrome-Aluminium (FeCrAl) 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® A1, du Nichrome® 80 ou du Nikrothal® 80.
L’organe de chauffage 30 est typiquement réalisé par découpage d’une feuille de matériau conducteur. Ce découpage est par exemple réalisé par laser, par découpage fin (« fine-blanking »), par découpe chimique, ou par tout autre moyen permettant de créer des orifices dans la plaque.
En variante, l’organe de chauffage 30 est réalisé par fabrication additive, notamment par impression tridimensionnelle.
En variante, la grille chauffante 44 de l’organe de chauffage 30 est tissée à partir de fils de matériau conducteur.
L’organe de chauffage 30 est autoportant.
Le cadre périphérique extérieur 40 est électriquement conducteur.
Le cadre périphérique extérieur 40 présente un centre géométrique G et est symétrique autour d’un axe central X. Le cadre périphérique extérieur 40 est à contour fermé.
Dans la suite, on appelle « épaisseur » d’un organe, la dimension de cet organe suivant une direction parallèle à la direction de circulation du flux de gaz d’échappement à travers la grille chauffante 44, c’est-à-dire perpendiculaire au plan de l’organe de chauffage 30, et on appelle « largeur » d’un organe, la plus petite dimension de cet organe suivant dans le plan de l’organe de chauffage 30, c’est-à-dire dans un plan perpendiculaire à la direction de circulation du flux de gaz d’échappement à travers la grille chauffante 44. Pour le cadre périphérique extérieur 40 et le support central 42, leur largeur est mesurée suivant une direction radiale passant par le centre géométrique G.
Le cadre périphérique extérieur 40 présente par exemple une largeur supérieure ou égale au double de la largeur de chaque brin 46.
Le cadre périphérique extérieur 40 sert de couronne de fixation. Le cadre périphérique extérieur 40 est soudé, brasé ou emmanché en force dans l’enveloppe 28 de sorte à être en contact avec l’enveloppe 28 à sa périphérie extérieure. Ainsi, le cadre périphérique extérieur 40 est sensiblement au même potentiel électrique que l’enveloppe 28.
Le centre géométrique G est sensiblement aligné avec l’axe C, c’est-à-dire que le centre géométrique G est à une distance de l’axe C inférieure à 10 mm, avantageusement inférieure à 5 mm.
Le support central 42 est centré sur le centre géométrique G. Avantageusement, le support central 42 est symétrique autour de l’axe central X.
Le support central 42 est électriquement conducteur.
Le support central 42 présente par exemple une largeur supérieure ou égale au double de la largeur de chaque brin 46.
Le support central 42 présente un diamètre inférieur à 20% du diamètre du cadre périphérique extérieur 40.
Le support central 42 est, par exemple, constitué par une rondelle en matériau conducteur, centrée sur le centre géométrique G. La rondelle est pleine, à l’exception d’un orifice traversant formé en son centre. En variante, le support central 42 contient des découpes.
Comme visible sur la Figure 2, le support central 42, non visible sur la figure 2, est raccordé électriquement à la deuxième borne 33B de l’alimentation électrique 32 par une électrode 70 s’étendant à travers l’enveloppe 28 en étant isolée électriquement de cette dernière. Le support central 42 est en particulier lié à ladite électrode 70 par vissage, soudage, brasage, ou tout autre moyen adapté.
L’électrode 70 est rigidement fixée à l’enveloppe 28.
De retour à la Figure 3, la grille chauffante 44 est une grille chauffante ajourée. La grille chauffante 44 présente une forme géométrique définie autour du centre géométrique G. Par exemple, la grille chauffante 44 présente un contour extérieur circulaire.
La grille chauffante 44 s’étend entre le support central 42 et le cadre périphérique extérieur 40.
La grille chauffante 44 est autoportante.
La grille chauffante 44 est monomatière. Elle est réalisée en un matériau conducteur. Elle est en particulier venue de matière avec le cadre périphérique extérieur 40 et le support central 42.
La grille chauffante 44 présente une première face 52 et une deuxième face 54. La première face 52 est par exemple une face avale, la deuxième face 54 est par exemple une face amont. La première face 52 et la deuxième face 54 sont parallèles l’une à l’autre.
Avantageusement, la première face 52 et la deuxième face 54 présentent chacune au moins une zone plane.
Avantageusement, les brins 46 ne se chevauchent pas. Ainsi, la grille chauffante 44 présente une épaisseur, mesurée entre sa première face 52 et sa deuxième face 54, sensiblement constante, et de préférence constante. Elle a avantageusement une épaisseur sensiblement égale à l’épaisseur du cadre périphérique extérieur 40 et à celle du support central 42.
La grille chauffante 44 présente par exemple une épaisseur comprise entre 0,05 et 2 mm, de préférence entre 0,1 et 0,5 mm.
Les brins 46 présentent, entre les nœuds 48, une même largeur. On notera que, sur chaque brin 46, la plus petite dimension est l’épaisseur, la plus grande dimension est la longueur, et la troisième dimension est la largeur.
Avantageusement, chaque nœud 48 présente une première dimension, dans une première direction radiale définie depuis ledit centre géométrique G et séparant le nœud 48 en deux parties de sections égales, et une seconde dimension dans une seconde direction perpendiculaire à la première direction radiale, telles que la première dimension et/ou la second dimension est supérieure au double de la largeur de chaque brin 46.
Chaque ouverture 50 est délimitée par un contour dépourvu de point angulaire. A cet effet, le découpage de l’organe de chauffage 30 est réalisé de manière à ne former que des courbes, sans point angulaire.
Les ouvertures 50 présentent une forme générale de quadrilatère, de préférence de losange, présentant une hauteur définie le long d’une direction radiale partant du centre géométrique G, et une largeur suivant un arc de cercle perpendiculaire à cette direction radiale. Par exemple, la largeur de chaque ouverture 50 est supérieure à sa hauteur. En variante, la hauteur de chaque ouverture 50 est supérieure à sa largeur. Dans une autre variante, la largeur et la hauteur de chaque ouverture sont égales.
Dans l’exemple décrit, les courbes sensibles, auxquelles il est nécessaire de prêter attention à ne pas former de point angulaire, sont formés par les coins arrondis des ouvertures 50.
Dans la description qui suit, les coins arrondis définis sur la largeur de chaque ouverture sont dits « premiers coins arrondis», et les coins arrondis définis sur la hauteur de chaque ouverture sont dits « seconds coins arrondis». Les rayons de courbure dans les premier et second coins arrondis sont choisis en fonction de l’aspect choisi pour la grille chauffante 44. Par exemple, ces rayons de courbure sont supérieurs à la moitié de la largeur de chaque brin 46.
Avantageusement, les brins 46 présentent tous une épaisseur constante, sur toute leur longueur. Cette caractéristique assure une circulation homogène du courant électrique le long de chaque brin 46, sans création de point chaud.
Chaque ouverture 50 présente un renfoncement au niveau de chacun de ses seconds coins arrondis. Ce renfoncement se traduit par une inversion du rayon de courbure du contour de l’ouverture entre l’intérieur du renfoncement et l’extérieur du renfoncement. Plus particulièrement, le renfoncement est formé par un congé raccordant les contours de deux brins 46 délimitant l’ouverture 50, ce congé étant tangentiel à chacun de ces deux contours.
Plus particulièrement, la grille chauffante 44 est formée d’une pluralité d’éléments chauffants allongés 56.
Sur la figure 3, vingt éléments chauffants allongés 56 sont représentés.
Comme visible sur la Figure 3, chaque élément chauffant allongé 56 a une première extrémité 62 et une seconde extrémité 64 opposées l’une à l’autre. La première extrémité 62 est liée au cadre périphérique extérieur 40, et la seconde extrémité 64 est liée au support central 42.
La première extrémité 62 est raccordée électriquement à la première borne 33A de l’alimentation électrique 32, et la seconde extrémité 64 est raccordée électriquement à la deuxième borne 33B de l’alimentation électrique 32. Il existe par conséquent, lorsque l’alimentation électrique 32 est active, une différence de potentiel électrique entre la première extrémité 62 et la deuxième extrémité 64 de chaque élément chauffant allongé 56. Cette différence de potentiel électrique est fonction de la différence de potentiel entre les bornes 33A, 33B de l’alimentation électrique 32.
Les éléments chauffants allongés 56 occupent une section angulaire 66 respective de la grille chauffante 44 autour du centre géométrique G. Cette section angulaire 66 est définie entre un premier rayon 68 et un deuxième rayon 70 s’étendant chacun depuis la deuxième extrémité 64 jusqu’à la première extrémité 62.
Les sections angulaires 66 occupées par les éléments chauffants allongés 56 se jouxtent les uns aux autres. Ainsi, chaque section angulaire 66 occupée par un élément chauffant allongé 56 est interposé entre une première et une deuxième sections angulaires 66 voisines occupées chacune par un élément chauffant allongé 56 respectif, le premier rayon 68 de ladite section angulaire 66 se confondant avec le deuxième rayon 70 de la première section angulaire 66 voisin, et le deuxième rayon 70 de ladite section angulaire 66 se confondant avec le premier rayon 68 de la deuxième section angulaire 66 voisine.
Chaque élément chauffant allongé 56 est formé de la réunion de plusieurs des brins 46 décrits plus haut et est agencé en zigzag à l’intérieur de la section angulaire 66 qu’il occupe de sorte à former une succession de brins 46 raccordés par des nœuds 48. Les éléments chauffants allongés 56 sont liés par lesdits nœuds 48 aux éléments chauffants allongés 56 occupant les sections angulaires 66 voisines.
Chaque brin 46 s’étend du premier rayon 68 jusqu’au deuxième rayon 70.
Avantageusement, les brins 46 d’un élément chauffant allongé 56 sont régulièrement répartis angulairement sur la grille chauffante 44. En outre, la répartition des brins 46 d’un élément chauffant allongé 56 est par exemple à pas constant. On appelle « pas » la distance entre deux brins 46 successifs mesurés selon une direction radiale. En variante, la répartition des brins 46 est à pas variable.
Tous les nœuds 48 sont agencés sur une pluralité de lignes d’isopotentiel L à contour fermé. Deux de ces lignes sont matérialisées sur la Figure 3. Les lignes d’isopotentiel L sont sensiblement centrées sur le centre géométrique G.
Tous les nœuds 48 à un même potentiel électrique sont placés sur une même ligne d’isopotentiel L. Il est possible que certaines lignes d’isopotentiel L soient confondues.
Ici, les lignes d’isopotentiel L présentent toutes un diamètre moyen croissant quand le potentiel électrique décroît.
Au cours du fonctionnement de l’organe de chauffage 30, la température de la grille chauffante 44 augmente. Par exemple, la température de la grille chauffante 44 passe de la température ambiante dans l’organe de chauffage 30, soit environ 30° ou 50°, à 1000°C. Cette élévation de température entraine une dilatation thermique radiale de la grille chauffante 44. La dilatation thermique radiale entraine par exemple un déplacement de l’ordre de 0,5 mm des nœuds 48 dans la direction radiale.
La grille chauffante 44 présente une structure adaptée pour éviter que la dilatation thermique précitée n’entraîne un contact entre les nœuds 48 au cours du fonctionnement de l’organe de chauffage 30.
A cet effet, la grille chauffante 44 comporte ici une pluralité de branches de connexion extérieure 58 reliant les éléments chauffants allongés 56 au cadre périphérique extérieur 40. En particulier, la première extrémité 62 de chaque élément chauffant allongé 56 est liée à une branche de connexion extérieure 58. Sur la figure 3, dix branches de connexion extérieure 58 sont représentée.
Chaque branche de connexion extérieure 58 relie un nœud 48 entre deux éléments chauffants allongés 56 voisins au cadre périphérique extérieur 40.
Les branches de connexion extérieures 58, telles que représentées sur la figure 3, sont des éléments différents des brins 46 et sont adaptées pour absorber une partie de la dilatation thermique radiale de la grille chauffante 44 au cours du fonctionnement de l’organe de chauffage 30.
A cet effet, selon un premier mode de réalisation de l’invention et tel que représenté sur la figure 3, chaque branche de connexion extérieure 58 est propre à se déformer pour absorber la dilatation thermique radiale de la grille chauffante 44 au cours du fonctionnement de l’organe de chauffage 30.
Dans l’exemple représenté sur la figure 3, chaque branche de connexion extérieure 58 forme à cet effet un bras de levier.
Chaque branche de connexion extérieure 58 comporte une portion de connexion 72 à un nœud 48, une portion allongée 74 et une portion de connexion 76 au cadre périphérique extérieur 40. Les portions de connexion 72, 76 s’étendent sensiblement selon une direction radiale Dr. La portion allongée 74 s’étend selon une direction de compensation D. La direction de compensation D forme un angle de compensation α avec la direction radiale Dr.
L’angle de compensation α est compris entre 10° et 120°, de préférence entre 20° et 90°, encore préférentiellement entre 40° et 70°, et idéalement entre 45° et 60°.
Dans l’exemple représenté sur la figure 3, la portion de connexion 76 au cadre périphérique extérieur 40 d’une branche de connexion extérieure 58 s’étend selon la même direction radiale que la portion de connexion 72 à un nœud 48 de la branche de connexion extérieure 58 voisine. Autrement dit, chaque portion de connexion 76 au cadre périphérique extérieur 40, appartenant à une première branche de connexion extérieure 58, s’étend dans le prolongement d’une portion de connexion 72 à un nœud 48 appartenant à une deuxième branche de connexion extérieure 58.
En variante et de préférence, la portion de connexion 72 à un nœud 48 d’une branche de connexion extérieure 58 et la portion de connexion 76 au cadre périphérique extérieur 40 de la branche de connexion extérieure 58 voisine ne sont pas en face l’une de l’autre afin de limiter le risque de toucher la portion de connexion 76 de la branche de connexion extérieure voisine 58 lors du déplacement de la portion de connexion 72 à un nœud 48 vers le cadre périphérique extérieur 40.
La structure des branches de connexion extérieure 58 est telle que la résultante des efforts de dilatation plie chaque branche de connexion extérieure 58, de sorte à faire pivoter la portion allongée 74 d’un angle inférieur à l’angle de compensation α. La branche de connexion extérieure 58 agit alors comme un ressort et évite le contact entre les brins 46 ou entre les nœuds 48.
De telles branches de connexion extérieure 58 formant bras de levier assurent une certaine élasticité à la périphérie de la grille chauffante 44. Elles permettent de compenser des dilatations thermiques radiales en assurant une souplesse radiale propre à absorber la dilatation en périphérie de la grille chauffante 44.
De plus, de telles branches de connexion extérieure 58 sont faciles à fabriquer au moment de la réalisation de la grille chauffante 44 car elles peuvent être inclues dans le motif de découpage.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, la grille chauffante 44 est, en outre, adaptée pour se déformer selon l’axe X, de sorte à absorber une partie de la dilatation thermique radiale de la grille chauffante 44 au cours du fonctionnement de l’organe de chauffage 30.
A cet effet, la grille chauffante 44 présente ici un relief 80.
La grille chauffante 44 est, en particulier, déformée de sorte à former le relief 80. Le relief 80 présente une forme annulaire centrée sur le centre géométrique G. Le relief 80 fait saillie par rapport à la zone plane de la première face 52 et définit un creux relativement à la zone plane de la deuxième face 54.
Le relief 80 présente une hauteur H, mesurée selon une direction parallèle à l’axe X, comprise entre un quinzième et un cinquième du rayon de la grille chauffante 44, de préférence entre un douzième et un huitième du rayon de la grille chauffante 44 et avantageusement environ égale à un dixième du rayon de la grille chauffante 44.
Par exemple, la hauteur H du relief est de 5 mm pour une grille chauffante 44 de rayon 50 mm.
Ainsi, la tenue mécanique de la grille chauffante 44 est améliorée. Un tel relief 80 permet de rigidifier la grille chauffante 44 selon l’axe X tout en augmentant la souplesse radiale de la grille chauffante 44 de sorte à compenser une partie des dilatations thermiques radiales.
Le relief 80 est réalisé, par exemple, par emboutissage de la grille chauffante 44.
Un tel relief 80 déformé dans la direction axiale X permet de compenser des dilatations thermiques radiales.
La position du relief 80 permet de contrôler l’amorçage de la dilatation thermique par le pli créé.
Dans une variante non représentée, la grille chauffante 44 forme deux reliefs 80 annulaires successifs selon la direction radiale, les reliefs 80 présentant des concavités opposées. Les reliefs 80 forment ainsi, ensemble, un profil d’ondulation. Chaque relief 80 présente par exemple une hauteur mesurée selon une direction parallèle à l’axe X, comprise entre un quinzième et un cinquième du rayon de la grille chauffante 44, de préférence entre un douzième et un huitième du rayon de la grille chauffante 44 et avantageusement sensiblement égale à un dixième du rayon de la grille chauffante 44.
Il convient de noter que le relief 80 et les branches de connexions extérieures 58 sont des solutions utilisables indépendamment. Chacune de ces solutions contribue à améliorer la tenue de l’organe de chauffage 30 en améliorant la souplesse radiale de la grille chauffante 44 et en contribuant ainsi à absorber la dilatation thermique de l’organe de chauffage 30.
Dans l’exemple de la figure 3, la première extrémité 62 est liée indirectement au cadre périphérique extérieur 40 par la branche de connexion extérieure.
Dans une variante non représentée, la première extrémité 62 est liée directement au cadre périphérique extérieur 40.
De retour à la Figure 1, l’alimentation électrique 32 comprend une source 90 d’énergie électrique, constituée par exemple par la batterie électrique du véhicule, ou par un dispositif supercondensateur.
La source d’énergie électrique 90 est typiquement adaptée pour fournir un courant continu ou haché, sous une tension dépendant du véhicule (12, 48 ou 400 volts par exemple).
L’alimentation électrique 32 comprend également un contrôleur 93 agencé pour piloter l’alimentation de l’organe de chauffage 30 en énergie électrique.
Le contrôleur 93 comprend par exemple une unité de traitement de l’information formée d’un processeur et d’une mémoire associée au processeur. En variante, le contrôleur 93 est réalisé sous forme de composants logiques programmables, tels que des FPGA (Field-Programmable Gate Array), ou sous la forme de circuits intégrés dédiés, tels que des ASIC (Application-Specific Integrated Circuit).
Le contrôleur 93 est configuré notamment pour choisir la tension et le courant électrique fournis par l’alimentation électrique 32 à l’organe de chauffage 30, de manière à maintenir la puissance de chauffage et/ou la puissance électrique consommée dans une fourchette déterminée.
Typiquement, le contrôleur 93 contrôle le chauffage par modulation de largeur d’impulsion (PWM, Pulse Width Modulation en anglais).
L’alimentation électrique 32 comporte encore un organe 94 d’acquisition de l’intensité du courant électrique alimentant les éléments chauffants allongés 56 et de la tension électrique aux bornes des éléments chauffants allongés 56.
Cet organe 94 est de tout type adapté.
Par exemple, l’organe d’acquisition 94 comporte un capteur 95 de mesure de courant électrique et un capteur 97 de mesure de la tension électrique. En variante, l’intensité du courant électrique et la tension électrique sont obtenues par calcul, à partir d’information récupérée dans le contrôleur 93.
Le contrôleur 93 est avantageusement configuré pour contrôler la température des éléments chauffants allongés 56, surveiller le bon état de fonctionnement des éléments chauffants allongés 56 ou des branches de connexions extérieur ou intérieure, déterminer la température des gaz d’échappement lorsque l’organe de chauffage 30 n’est plus utilisé pour chauffer l’organe de purification 10, et déterminer le débit de gaz d’échappement à travers l’organe de purification 10, une fois que l’organe de chauffage 30 n’est plus utilisé pour chauffer l’organe de purification 10. A cet effet, le contrôleur 93 est par exemple configuré pour mettre en œuvre les programmes de contrôle décrits dans le document FR 3 065 027 A1.
En référence aux figures 4 et 5, un deuxième organe de chauffage 100 est représenté. Seules les différences avec l’organe de chauffage 30 précédemment décrits sont énoncées. Dans ce mode de réalisation, l’organe de chauffage 100 comprend une couronne de séparation 102 et la grille chauffante 44 présente un premier maillage 104 de brins 46 entre la couronne de séparation 102 et le cadre périphérique extérieur 40 et un deuxième maillage 106 de brins 46 entre la couronne de séparation 102 et le support central 42.
La couronne de séparation 102 est électriquement conductrice. La couronne de séparation 102 est centrée sur le centre géométrique G.
La couronne de séparation 102 présente un contour extérieur et un contour intérieur. On appelle « largeur », la distance entre le contour extérieur et le contour intérieur mesurée perpendiculairement à la direction de circulation du flux de gaz d’échappement à travers la grille chauffante 44, c’est-à-dire dans le plan de l’organe de chauffage 30.
La couronne de séparation 102 est pleine entre le contour extérieur et le contour intérieur.
La couronne de séparation 102 présente une largeur strictement supérieure à deux fois la largeur d’un brin 46.
La grille chauffante 44 comporte dans, chaque maillage de brins 104, 106, une pluralité d’éléments chauffants allongés 56 tels que décrit pour le premier mode de réalisation.
De plus, la grille 44 comprend, pour le premier maillage de brins 104, une pluralité de branches de connexion extérieure 108 reliant les éléments chauffant 56 au cadre périphérique extérieur 40 et une pluralité de branches de connexion intérieures 110 reliant les éléments chauffants à la couronne de séparation 102.
En outre, la grille 44 comprend, pour le deuxième maillage de brins 106, une pluralité de branches de connexion extérieure 112 reliant les éléments chauffant 56 à la couronne de séparation 102 et une pluralité de branches de connexion intérieures 114 reliant les éléments chauffant 56 au support central 42.
Le nombre d’éléments chauffants allongés 56 est plus important dans le premier maillage 104 que dans le deuxième maillage 106. Le nombre de sections angulaires 66 est plus important dans le premier maillage 104 que dans le deuxième maillage 106.
Le nombre d’éléments chauffants allongés 56 par secteur angulaire est plus important dans le premier maillage 104 que dans le deuxième maillage 106.
Le deuxième maillage 106 apparaît ainsi plus dense que le premier maillage 104.
Dans l’exemple représenté sur la figure 4, le deuxième maillage 106 comprend vingt éléments chauffants allongés 56 pour 360° et le premier maillage 104 comprend quatre-vingts éléments chauffants allongés 56 pour 360°. Le premier maillage 104 comprend ainsi quatre fois plus d’éléments chauffants allongés 56 que le deuxième maillage 106.
En variante (non représentée), le premier maillage 104 comprend deux fois plus d’éléments chauffants allongés 56 que le deuxième maillage 106.
En variante encore, le premier maillage 104 comprend N fois plus d’éléments chauffants allongés 56 que le deuxième maillage 106, N étant un entier strictement supérieur à 1.
Une telle structure permet d’avoir plusieurs étages de résistances différentes. Ceci permet d’ajuster la résistance électrique de la grille chauffante 44 et la surface d’échange en faisant varier le diamètre de la couronne de séparation 102. En outre, ceci permet d’avoir davantage de libertés de conception. Enfin, la structure permet d’améliorer la tenue mécanique de la grille chauffante 44 en la rigidifiant.
En particulier, ceci permet d’ajuster ou de régler la résistance électrique selon la tension d’alimentation souhaitée pour avoir une bonne résistance mécanique et un profil de température adapté.
Dans une variante, l’organe de chauffage 100 comprend plusieurs couronnes de séparation 102 concentriques, la grille chauffante 44 définissant en outre, un maillage différent entre chaque couronne de séparation 102.
Grâce à l’invention décrite ci-dessus, il est ainsi possible d’obtenir un organe de chauffage 30, 100 présentant une bonne tenue mécanique. De plus, la résistance mécanique obtenue ou la dissipation de la dilatation thermique radiale permettent d’éviter l’apparition de points chauds qui auraient pour conséquence d’affaiblir localement l’organe de chauffage 30, 100, au point de risquer sa rupture.
Les différentes solutions décrites pour apporter une meilleure tenue à l’organe de chauffage 30, 100 sont compatibles et peuvent être utilisées ensemble ou indépendamment.
Dans un mode de réalisation non représenté, la grille chauffante 44 de l’organe de chauffage 100 selon le deuxième mode de réalisation comporte un relief 80, tel que décrit pour le premier mode de réalisation.
Dans un mode de réalisation non représenté, les éléments chauffants allongés 56 du premier maillage 104 sont raccordées au cadre périphérique extérieur 40 et/ou les éléments chauffants allongés 56 du deuxième maillage 106 sont raccordées à la couronne de séparation 102 par des branches de connexion extérieures 58 telles que décrites pour le premier mode de réalisation.

Claims (14)

  1. Organe de chauffage (30, 100) pour un dispositif (9) de purification de gaz d’échappement d’un véhicule comportant : un cadre périphérique extérieur (40), électriquement conducteur, présentant un centre géométrique (G) et symétrique autour d’un axe (X), un support central (42) électriquement conducteur, centrée sur le centre géométrique (G), et une grille chauffante (44) ajourée, centrée sur le centre géométrique (G), la grille chauffante (44) s’étendant entre le support central (42) et le cadre périphérique extérieur (40), la grille chauffante (44) étant formée d’une pluralité de brins (46) raccordés par des nœuds (48), les brins (46) délimitant entre eux des ouvertures (50).
  2. Organe de chauffage (30, 100) selon la revendication 1, dans lequel la grille chauffante (44) présente une première face (52) et une deuxième face (54), la première face (52) et la deuxième face (54) présentant chacune au moins une zone plane, la grille chauffante (44) étant déformée, de préférence par emboutissage, de sorte à former un relief (80) présentant une forme annulaire centrée sur le centre géométrique (G), le relief (80) faisant saillie par rapport à la zone plane de la première face (52) et définissant un creux relativement à la zone plane de la deuxième face (54).
  3. Organe de chauffage (30, 100) selon la revendication 2, dans lequel le relief (80) présente une hauteur (H) comprise entre un quinzième et un cinquième du rayon de la grille chauffante (44), de préférence comprise entre un douzième et un huitième du rayon de la grille chauffante (44) et avantageusement sensiblement égale à un dixième du rayon de la grille chauffante (44).
  4. Organe de chauffage (30, 100) selon les revendications 2 ou 3 dans lequel, la grille chauffante (44) forme deux reliefs (80) annulaires successifs selon la direction radiale, les reliefs (80) présentant des concavités opposées.
  5. Organe de chauffage (30, 100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la grille chauffante (44) est formée d’une pluralité d’éléments chauffants allongés (56), les éléments chauffants allongés (56) occupant une section angulaire (66) respective de la grille chauffante (44), et étant agencé en zigzag à l’intérieur de cette section angulaire (66) de sorte à former une succession de brins (46) raccordés par des nœuds (48) et étant lié par lesdits nœuds (48) aux éléments chauffants allongés (56) occupant les sections angulaires (66) voisines, et d’une pluralité de branches de connexion extérieure (58) reliant les éléments chauffants allongés (56) au cadre périphérique extérieur (40), chaque branche de connexion extérieure (58) étant propre à se déformer pour absorber la dilatation thermique radiale de la grille chauffante (44) au cours du fonctionnement de l’organe de chauffage (30; 100).
  6. Organe de chauffage (30, 100) selon la revendication 5 dans lequel chaque branche de connexion extérieure (58) forme un bras de levier.
  7. Organe de chauffage (30, 100) selon la revendication 5 ou 6 dans lequel chaque branche de connexion extérieure (58) comporte une portion de connexion (72) à un nœud (48), une portion allongée (74) et une portion de connexion (76) au cadre périphérique extérieur (40), les portions de connexion (72, 76) s’étendant sensiblement radialement, la portion allongée (74) s’étendant selon une direction de compensation (D), la direction de compensation formant un angle de compensation (α) avec la direction radiale, l’angle de compensation (α) étant compris entre 10° et 120°.
  8. Organe de chauffage (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe de chauffage (100) comprend une couronne de séparation (102) électriquement conductrice centrée sur le centre géométrique (G), la grille chauffante (44) présentant un premier maillage (104) de brins (46) entre la couronne de séparation (102) et le cadre périphérique extérieur (40) et un deuxième maillage (106) de brins (46) entre la couronne de séparation (102) et le support central (42), la grille chauffante (44) comportant dans chaque maillage (104, 106) de brins (46), une pluralité d’éléments chauffants allongés (56).
  9. Organe de chauffage (100) selon la revendication 8 dans lequel la grille chauffante (44) comprend, pour le premier maillage (104) de brins (46), une pluralité de branches de connexions extérieures (108) reliant les éléments chauffants allongés (56) au cadre périphérique extérieur (40) et une pluralité de branches de connexions intérieures (110) reliant les éléments chauffants allongés (56) à la couronne de séparation (102) et la grille chauffante (44) comprenant, pour le deuxième maillage (106) de brins (46), une pluralité de branches de connexions extérieures (112) reliant les éléments chauffants allongés (56) à la couronne de séparation (102) et une pluralité de branches de connexions intérieures (114) reliant les éléments chauffants allongés (56) au support central (42).
  10. Organe de chauffage (100) selon la revendication 8 ou 9 dans lequel le nombre d’éléments chauffants allongés (56) par secteur angulaire est plus important dans le premier maillage (104) que dans le deuxième maillage (106).
  11. Organe de chauffage (30, 100) selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel la couronne de séparation (102) présente une largeur strictement supérieure à deux fois la largeur d’un brin (46).
  12. Dispositif (9) de purification des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne comprenant au moins un organe de chauffage (30,100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11.
  13. Ligne d’échappement (1) de moteur à combustion interne comprenant au moins un dispositif de purification (9) selon la revendication 12.
  14. Véhicule automobile comprenant une ligne d’échappement (1) selon la revendication 13.
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