FR3114350A1 - Dispositif de chauffage de gaz d’échappement à élément chauffant en mousse métallique - Google Patents
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Abstract
Dispositif de chauffage de gaz d’échappement à élément chauffant en mousse métallique Dispositif (1) de chauffage de gaz d’échappement pour une ligne d’échappement d’un moteur à explosion, comprenant,- un boîtier (2) s’étendant selon un axe, - un élément chauffant (4), sous la forme d’une galette de mousse métallique présentant une épaisseur (Ee), logé dans le boîtier (2) et occupant toute la section du boîtier (2), comprenant des fentes (12) sensiblement planes selon un plan parallèle à l’axe, sensiblement parallèles entre elles, traversant l’épaisseur (Ee), et s’étendant sur une longueur strictement inférieure à la largeur de l’élément chauffant (4), une fente (12) présentant une première extrémité (14) débouchant à la périphérie de l’élément chauffant (4) et une deuxième extrémité (16), en alternant une première extrémité (14) d’un côté et une première extrémité (14) de l’autre côté, d’une fente (12) à l’autre, l’élément chauffant (4) comprenant une matière densifiée au niveau des deuxièmes extrémités (16). Figure d’abrégé : Figure 2
Description
La présente invention concerne un dispositif de chauffage de gaz d’échappement, destiné à équiper une ligne d’échappement d’un moteur à combustion interne, notamment un moteur à explosion d’un véhicule.
Il est connu, dans l’état de la technique, de réaliser un dispositif de purification catalytique des gaz d’échappement, afin de réduire les particules polluantes et notamment les oxydes d’azote NOx, les hydrocarbures imbrûlés HC et le monoxyde de carbone CO. Il est à noter que l’efficacité de cette purification catalytique est optimale lorsque les réactions chimiques d’oxydo-réduction, à savoir réduction des NOx et oxydation des HC et du CO, ont lieu à haute température. Cependant, lors d’un démarrage à froid, les gaz d’échappement sont froids, entraînant une moindre efficacité des réactions d’oxydo-réduction, risquant d’augmenter les émissions de polluants. Aussi, une solution consiste à équiper la ligne d’échappement d’un dispositif de chauffage des gaz d’échappement, en amont du dispositif de purification catalytique.
Il est encore connu de réaliser un tel dispositif de chauffage au moyen d’une mousse métallique, parcourue par un courant électrique, de manière à chauffer la mousse par effet Joule. Les gaz d’échappement circulent au travers d’une tranche de mousse métallique chauffée et sont ainsi chauffés.
Selon un mode de réalisation connu, la mousse métallique est découpée par des fentes sensiblement planes, parallèles et alternées, de manière à former un chemin électrique comprenant une succession de virages en lacet, afin d’être le plus long possible et parcourir toute la surface de manière à chauffer cette dernière de manière uniforme.
L’inconvénient d’un tel mode de réalisation est qu’il se crée à l’intérieur de chaque virage en lacet, au point de rebroussement, un point chaud électrique. Un tel point chaud est préjudiciable en ce qu’il crée un point chaud thermique, alors que l’on recherche une uniformité thermique sur toute la surface de passage du dispositif de chauffage. Un tel point chaud est encore préjudiciable en ce qu’il conduit à une usure prématurée du matériau, pouvant conduire à sa destruction.
L’invention remédie à ces inconvénients en réalisant une densification de la mousse métallique à l’intérieur des virages en lacet.
Pour cela, l’invention a pour objet un dispositif de chauffage de gaz d’échappement pour une ligne d’échappement d’un moteur à explosion, comprenant, un boîtier s’étendant selon un axe, sur une longueur, un élément chauffant, sous la forme d’une galette de mousse métallique présentant une épaisseur, logé dans le boîtier et occupant toute la section du boîtier, comprenant des fentes sensiblement planes selon un plan parallèle à l’axe, sensiblement parallèles entre elles, traversant l’épaisseur, et s’étendant sur une longueur strictement inférieure à la largeur de l’élément chauffant, une fente présentant une première extrémité débouchant à la périphérie de l’élément chauffant et une deuxième extrémité, en alternant une première extrémité d’un côté et une première extrémité de l’autre côté, d’une fente à l’autre, l’élément chauffant comprenant une matière densifiée au niveau des deuxièmes extrémités.
Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
- une matière densifiée est obtenue par injection d’un métal fondu au niveau d’une deuxième extrémité,
- le métal fondu est réalisé dans la même matière que l’élément chauffant,
- une matière densifiée est obtenue par insertion d’un tube métallique au niveau d’une deuxième extrémité,
- le tube métallique est soudé ou clipsé à l’élément chauffant,
- le tube est fendu, sur toute sa longueur,
- le tube présente une longueur supérieure à l’épaisseur de l’élément chauffant, la sur-longueur étant préférentiellement disposée du côté amont du dispositif ou encore préférentiellement disposée des deux côtés du dispositif,
- le tube est réalisé dans la même matière que l’élément chauffant.
- une matière densifiée est obtenue par injection d’un métal fondu au niveau d’une deuxième extrémité,
- le métal fondu est réalisé dans la même matière que l’élément chauffant,
- une matière densifiée est obtenue par insertion d’un tube métallique au niveau d’une deuxième extrémité,
- le tube métallique est soudé ou clipsé à l’élément chauffant,
- le tube est fendu, sur toute sa longueur,
- le tube présente une longueur supérieure à l’épaisseur de l’élément chauffant, la sur-longueur étant préférentiellement disposée du côté amont du dispositif ou encore préférentiellement disposée des deux côtés du dispositif,
- le tube est réalisé dans la même matière que l’élément chauffant.
Dans un deuxième aspect de l’invention, une ligne d’échappement comprenant au moins un tel dispositif.
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 :
En référence à la figure 1, un dispositif 1 de chauffage de gaz d’échappement pour une ligne d’échappement d’un moteur à explosion, comprend un boîtier 2, sensiblement cylindrique creux, s’étendant selon un axe X sur une longueur Lc. La section transverse à l’axe X de ce boîtier 2 peut être de forme quelconque. Elle peut ainsi être ovale. L’exemple illustré présente un boîtier 2 de section circulaire. Le dispositif 1 comprend encore un élément chauffant 4. Cet élément chauffant 4 est une galette de mousse métallique, avantageusement plane. Elle présente une épaisseur Ee au plus égale à la longueur Lc. Elle est logée dans le boîtier 2 dont elle occupe toute la section. Les gaz d’échappement empruntent le boîtier 2 et traversent, dans le sens de l’épaisseur Ee, l’élément chauffant 4.
L’élément chauffant 4 est chauffé par effet Joule. Il est mis à profit sa composition métallique. Un courant électrique, apportée par deux électrodes 10, disposées par exemple de part et d’autre de l’élément chauffant 4, par sa tranche, circule au travers de l’élément chauffant 4. Ce dernier, du fait de sa résistance électrique, s’échauffe.
Afin de créer cette chaleur et la répartir en tout point de l’élément chauffant 4, il est créé un chemin électrique le plus long possible, par exemple en forme de serpent. Ceci peut être réalisé au moyen de fentes 12 alternées. Ces fentes 12 sont pratiquées dans l’élément chauffant 4 par tout moyen d’usinage : cisaille, usinage laser, usinage au jet d’eau, électroérosion, etc… Les fentes 12 forment ainsi un isolant entre la mousse de part et d’autre de la fente 12. Selon un mode de réalisation possible, ces fentes 12 sont sensiblement planes selon un plan parallèle à l’axe X. Elles sont sensiblement parallèles entre elles. Elles sont traversantes sur la totalité de l’épaisseur Ee. Les fentes 12 s’étendent sur presque la totalité de la largeur de l’élément chauffant 4 au droit d’une fente 12, soit selon une longueur strictement inférieure à la largeur de l’élément chauffant 4. Ainsi, pour chaque fente 12, selon une extension dans un plan perpendiculaire à l’axe X, une fente 12 présente une première extrémité 14 débouchant à la périphérie de l’élément chauffant 4, soit à proximité du boîtier 2 et une deuxième extrémité 16, située dans la matière de l’élément chauffant 4. Chaque fente 12 alterne, avec la fente suivante ou précédente, le sens de la fente 12 : la première extrémité 14, soit l’extrémité débouchante d’un côté, et la première extrémité 14 de la fente 12 précédente ou suivante, de l’autre côté. Ceci contribue à former un chemin qui serpente au travers de tout le volume de l’élément chauffant 4 et forme, dans le plan perpendiculaire à l’axe X, un serpent, une succession de virages en lacet alternés en zigzag ou un boustrophédon. Il est rappelé ici qu’un boustrophédon désigne une ligne continue alternativement repliée sur elle-même, en changeant de sens à chaque pli, à l’instar des sillons labourés dans un champ.
Afin que le courant électrique circule bien dans le chemin électrique précédemment décrit, l’élément chauffant 4 est séparé du boîtier 2 métallique, par un moyen d’isolation électrique 8, ici en deux demi-coquilles. Alternativement, le moyen d’isolation électrique 8 peut être réalisé en une seule pièce reprenant la longueur totale des deux demi-coquilles. L’élément chauffant 4 comprend avantageusement deux contacts 6 d’interface avec chaque électrode 10. L’ensemble élément chauffant 4 et moyen d’isolation électrique 8 est maintenu solidaire du boîtier 2 au moyen de deux éléments de maintien 18, disposées de part et d’autre de l’élément chauffant 4. Ces éléments de maintien 18 sont annulaires. Ils peuvent être identiques ou de formes différentes l’un de l’autre. Ils peuvent comporter des pattes de fixation. Alternativement, ils peuvent comporter un bord périphérique comportant des encoches pour le passage des électrodes 10.
Il apparaît, de manière préjudiciable, au niveau de chaque tel lacet, principalement dans l’intérieur du lacet, une concentration de courant électrique qui cause un point chaud électrique et thermique.
Afin de réduire, voire supprimer, ces points chauds, présents à chaque deuxième extrémité 16, il est souhaité de réduire la résistance électrique en ces points intérieurs de lacet ou point de rebroussement 16 du chemin électrique.
Aussi, pour cela, selon une caractéristique importante, l’élément chauffant 4 comprend une matière densifiée 20, 22 au niveau de chaque deuxième extrémité 16. En effet, une augmentation de la matière, métallique, localement au niveau d’un point de rebroussement 16, diminue la résistance électrique et permet ainsi une circulation améliorée, plus facile, du courant électrique dans ce point de rebroussement 16. Ceci conduit à un échauffement moindre.
Selon un premier mode de réalisation, plus particulièrement illustré à la figure 3, la matière densifiée 20 est obtenue par injection d’un métal fondu 20 au niveau d’une deuxième extrémité 16. Cette injection est possible en ce que la mousse constituante de l’élément chauffant 4 est poreuse et permet le passage du métal fondu sous forme liquide ou pâteuse. L’injection se fait avantageusement sur une colonne occupant toute l’épaisseur Ee de l’élément chauffant 4. A l’endroit où est injecté le métal fondu 20, la densité de matière augmente nettement relativement à la densité de la mousse initiale. Le métal fondu 20 durcit ensuite lors d’une solidification par refroidissement. La colonne de métal fondu 20 une fois durcie, renforce la structure de l’élément chauffant 4.
L’insertion de métal fondu 20 peut être réalisée indifféremment avant ou après l’usinage des fentes 12.
Avantageusement, selon une autre caractéristique, le métal fondu 20 est réalisé dans la même matière que l’élément chauffant 4, soit dans la même matière que la mousse métallique 4. Ceci facilite notamment la cohésion et la connectivité électrique entre la colonne densifiée 20 et le reste de la mousse métallique 4.
Selon un autre mode de réalisation, alternatif ou complémentaire du premier mode de réalisation, plus particulièrement illustré à la figure 4, la matière densifiée 22 est obtenue par insertion d’un tube 22 métallique au niveau d’une deuxième extrémité 16. Avantageusement, un tube 22 est inséré à chaque deuxième extrémité 16, soit à chaque point de rebroussement 16. Afin de préparer et faciliter l’insertion d’un tube 22, un trou de même diamètre que le tube 22 est avantageusement réalisé dans la mousse métallique 4. Le diamètre du trou peut encore être légèrement inférieur afin de garantir un maintien du tube 22 dans la mousse métallique 4.
Selon une autre caractéristique, afin d’assurer la cohésion et la connectivité électrique, le tube 22 métallique est préférentiellement soudé à l’élément chauffant 4. Alternativement ou complémentairement, un clipsage peut encore être réalisé.
Selon une autre caractéristique, le tube 22 peut encore être fendu, sur toute sa longueur Lt.
Selon une autre caractéristique, le tube 22 présente une longueur Lt supérieure à l’épaisseur Ee de l’élément chauffant 4. Aussi, le tube 22 dépasse d’une face ou des deux faces de l’élément chauffant 4. Ceci est avantageux en ce que le tube 22, y compris avec la sur-longueur D dépassante, participe aux échanges thermiques avec le gaz d’échappement, y compris avant l’élément chauffant 4 et/ou même après. Si la sur-longueur D est disposée d’un seul côté de l’élément chauffant 4, la sur-longueur D est préférentiellement disposée du côté amont du dispositif 1, repéré par une flèche indiquant le sens de parcours des gaz d’échappement, soit le côté disposé en haut sur la figure 4.
La réalisation du trou préparant l’insertion d’un tube 22 dans la mousse de l’élément chauffant 4, crée selon le mode d’usinage, un cône de dépouille visible à la figure 4. Avantageusement, ce cône de dépouille est disposé côté amont de manière à faire face au flux de gaz d’échappement.
Avantageusement, selon une autre caractéristique, un tube 22 est réalisé dans la même matière que l’élément chauffant 4, soit dans la même matière que la mousse métallique. Ceci facilite notamment la cohésion et la connectivité électrique entre le tube 22 et le reste de la mousse métallique 4.
L’invention concerne encore une ligne d’échappement comprenant au moins un tel dispositif 1.
L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.
1 :dispositif,
2 :boîtier,
4 :élémentchauffant,
6 :contact,
8 :moyen d’isolation électrique
10 :électrode,
12 :fente,
14 :première extrémité (débouchante),
16 : deuxième extrémité (non débouchante),
18 : élément de maintien,
20 : métal fondu,
22 : tube,
D : sur-longueur,
Ee : épaisseur de l’élément chauffant,
Lc : longueur du boîtier,
Lt : longueur d’un tube,
X : axe
Claims (9)
- Dispositif (1) de chauffage de gaz d’échappement pour une ligne d’échappement d’un moteur à explosion, comprenant,
- un boîtier (2) s’étendant selon un axe (X) sur une longueur (Lc),
- un élément chauffant (4), sous la forme d’une galette de mousse métallique présentant une épaisseur (Ee), logé dans le boîtier (2) et occupant toute la section du boîtier (2), comprenant des fentes (12) sensiblement planes selon un plan parallèle à l’axe (X), sensiblement parallèles entre elles, traversant l’épaisseur (Ee), et s’étendant sur une longueur strictement inférieure à la largeur de l’élément chauffant (4), une fente (12) présentant une première extrémité (14) débouchant à la périphérie de l’élément chauffant (4) et une deuxième extrémité (16), en alternant une première extrémité (14) d’un côté et une première extrémité (14) de l’autre côté, d’une fente (12) à l’autre, caractérisé en ce que l’élément chauffant (4) comprend une matière densifiée (20, 22) au niveau des deuxièmes extrémités (16). - Dispositif (1) selon la revendication précédente, où une matière densifiée (20) est obtenue par injection d’un métal fondu (20) au niveau d’une deuxième extrémité (16).
- Dispositif (1) selon la revendication précédente, où le métal fondu (20) est réalisé dans la même matière que l’élément chauffant (4).
- Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où une matière densifiée (22) est obtenue par insertion d’un tube (22) métallique au niveau d’une deuxième extrémité (16).
- Dispositif (1) selon la revendication précédente, où le tube (22) métallique est soudé ou clipsé à l’élément chauffant (4).
- Dispositif (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, où le tube (22) est fendu, sur toute sa longueur (Lt).
- Dispositif (1) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, où le tube (22) présente une longueur (Lt) supérieure à l’épaisseur (Ee) de l’élément chauffant (4), la sur-longueur (D) étant préférentiellement disposée du côté amont du dispositif (1) ou encore préférentiellement disposée des deux côtés du dispositif (1).
- Dispositif (1) selon l’une quelconque des quatre revendications précédentes, où le tube (22) est réalisé dans la même matière que l’élément chauffant (4).
- Ligne d’échappement caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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2020
- 2020-09-23 FR FR2009652A patent/FR3114350A1/fr active Pending
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