WO2020234180A1 - Dispositif de purification des gaz d'échappement d'un véhicule, procédé de fabrication, ligne d'échappement et véhicule correspondants - Google Patents

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WO2020234180A1
WO2020234180A1 PCT/EP2020/063689 EP2020063689W WO2020234180A1 WO 2020234180 A1 WO2020234180 A1 WO 2020234180A1 EP 2020063689 W EP2020063689 W EP 2020063689W WO 2020234180 A1 WO2020234180 A1 WO 2020234180A1
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heating element
purification device
tubular casing
internal surface
peripheral frame
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PCT/EP2020/063689
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Eric Ottaviani
Thomas Sommier
Yannick Fourcaudot
Ting FENG
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Faurecia Systemes D'echappement
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Definitions

  • TITLE Device for purifying vehicle exhaust gases, manufacturing process, exhaust line and corresponding vehicle
  • the present invention relates to devices for purifying vehicle exhaust gases, equipped with heaters.
  • Such a heater channels the exhaust gas in a laminar flow. This does not promote heat transfer from the heater to the exhaust gas.
  • the heater is not very rigid, and must be fixed at multiple points on the purification member. These attachment points are typically rods integral with the heater and engaged in the channels of the purification member. This makes the use of a ceramic purifier problematic due to its fragility and requires it to be made of metal. Such a purification member has a higher cost compared to a ceramic purification member.
  • the invention aims to provide a purification device which does not have the above shortcomings.
  • the invention according to a first aspect relates to a device for purifying the exhaust gas of a vehicle, the purification device comprising:
  • tubular envelope having an internal surface and having a central axis
  • the heater comprises a heating element made of an electrically conductive material and permeable to exhaust gases;
  • a heating element of an electrically conductive material permeable to the exhaust gas facilitates heat transfer between the heater and the exhaust gas.
  • the power of the heater can be reduced, resulting in lower power consumption.
  • the heater is attached directly to the inner surface of the tubular casing. It is not attached to the exhaust gas purifier.
  • the term “direct fixing” is understood to mean the fact that the fixing transmits directly to the internal surface at least 60% of the forces undergone by the heating element, typically at least 90% of the forces.
  • the power supply comprises one or more conductive rods passing through the tubular casing to come into contact with the heating element, only a small part of the forces undergone by the heating element is taken up by the conductive rods. The seal between the rod and the tubular casing is only moderately stressed. Its lifespan is increased.
  • the purification device can also have one or more of the characteristics below, considered individually or according to any technically possible combination:
  • the heating element is made of a foam, the heating element having a central part in which the foam has a first density and at least one reinforced edge zone in which the foam has a second density greater than the first, the fixing fixing the or each edge area reinforced at the inner surface;
  • the attachment comprises at least one support plate extending along a slice of the heating element and rigidly attached to the or a reinforced edge zone of the heating element;
  • the fixing comprises a plurality of studs rigidly fixing the or each support plate to the internal surface;
  • the fastener comprises a layer of an electrically insulating material interposed between the heating element and the internal surface, the layer of electrically insulating material advantageously comprising a cylindrical part interposed radially between a wafer of the heating element and the internal surface;
  • the layer of electrically insulating material comprises at least one annular part interposed axially between a large face of the heating element and the internal surface;
  • the attachment comprises a peripheral frame surrounding the heating element and fixed to the tubular casing, the layer of electrically insulating material being directly interposed between the frame and the heating element;
  • the peripheral frame is divided into two half-frames arranged axially on either side of the heating element, each half-frame comprising a peripheral edge interposed between the edge of the heating element and the internal surface, the two edges peripherals being nested axially one inside the other;
  • the fixing comprises at least one fixing member rigidly fixed to the heating element at a distance from an outer edge of the heating element, the or each fixing member having ends projecting axially on either side of the 'heating element, the frame peripheral comprising arms rigidly fixed to the ends of the or each fixing member;
  • the tubular casing has welding holes in the peripheral frame and welds joining the peripheral frame to the tubular casing through the welding holes;
  • peripheral frame is part of the tubular casing
  • the layer of electrically insulating material comprises two sub-layers superimposed on one another;
  • the fixing comprises a support grid extending in a plane substantially perpendicular to the central axis and elements for fixing the grid to the internal surface, the grid having a large grid face on which the element is rigidly fixed heating by means of electrically insulated rods;
  • the heating element has a plurality of through slits, the purification device comprising at least one mask arranged opposite a large face of the heating element and comprising solid zones axially facing each other slits;
  • the heating element has first and second zones electrically connected to first and second terminals of the power supply, the heating element having through slots defining a single S-shaped path through the heating element for the electric current between the first and second zones;
  • the first and second zones are located on an outer edge of the heating element, and are symmetrical to each other about a geometric center of the heating element;
  • the heating element has at least one through slot inclined from 5 to 30 ° relative to the C axis.
  • the invention according to a second aspect relates to a method of manufacturing a purification device having the above characteristics, the method comprising a step of fixing the peripheral frame to the tubular casing by welding through weld holes provided. in the tubular casing at the level of the peripheral frame.
  • the invention according to a third aspect relates to an exhaust line comprising a purification device having the above characteristics.
  • the invention according to a fourth aspect relates to a vehicle comprising an exhaust line having the above characteristics.
  • FIG. 1 is a simplified schematic representation of an exhaust line comprising a purification device according to the invention
  • FIG 2 is an exploded perspective view of a first embodiment of the purification device of Figure 1;
  • FIGs 3 and 4 are perspective views of alternative embodiments of the layer of electrically insulating material of the device of Figure 1;
  • Figure 5 is a cross-sectional view of a second embodiment of the purification device of the invention.
  • Figure 6 is a view similar to that of Figure 5, illustrating variants of the second embodiment
  • Figure 7 is a perspective view, illustrating a variant of the first embodiment
  • Figure 8 is a perspective view illustrating the variant embodiment of Figure 7, and further showing an improvement of this variant;
  • Figure 9 is an exploded perspective view of a third embodiment of the purification device of the invention.
  • Figure 10 is an enlarged, schematic view of a detail of Figure 9, showing the attachment of the heating element to the support grid;
  • FIG 1 1 Figure 11 is a perspective view illustrating the variant embodiment of Figure 7, and further showing a second improvement of this variant.
  • Figure 12 is a top view of a particularly advantageous embodiment of the heating element, usable in all embodiments of the invention.
  • the purification device 1 shown schematically in Figure 1 is intended for the purification of the exhaust gas of a vehicle, typically the exhaust gas of a car or a truck.
  • This comprises an exhaust manifold 5 collecting the exhaust gases leaving the combustion chambers of the heat engine 7 of the vehicle.
  • the purification device 1 is fluidly connected to the manifold 5 by an upstream pipe 9, on which are typically interposed other equipment such as a turbocharger.
  • the purification device 1 Downstream, the purification device 1 is fluidly connected by a downstream conduit 11 to a cannula 13. Other equipment such as silencers or other purification equipment are interposed between the purification device 1 and the cannula 13. The purified exhaust gas is released into the atmosphere through cannula 13.
  • the purification device 1 comprises a tubular casing 15 having an internal surface 16 of the tubular casing 15 having a central axis C, an electric heater 19 housed in the tubular casing 15, and a power supply 21 electrically supplying the heater 19.
  • the tubular casing 15 has an inlet 23 and an outlet 25 for exhaust gas, respectively connected to the upstream 9 and downstream 1 1 conduits.
  • the tubular casing 15 has any suitable shape.
  • the purification device 1 further comprises an exhaust gas purification member 17 housed in the tubular casing 15.
  • the purification member 17 is, for example, an SCR catalyst, a three-way catalyst, an oxidation catalyst or a NOx trap.
  • a retaining sheet 27 is interposed between the purification member 17 and the tubular casing 15.
  • one or more purification members are placed in the tubular casing 15.
  • the heating member 19 is advantageously placed in front of and close to the inlet face 29 of the purification member 17.
  • the heater 19 is placed in front of and close to the outlet face. 31 of the purification member 17, that is to say downstream of the latter.
  • the inlet 29 and outlet 31 faces are the faces through which the exhaust gas enters and leaves the purification unit 17.
  • the heater 19 is placed at a distance upstream of the purification member 17.
  • the heater 19 includes a heater 33 made of an electrically conductive material permeable to the exhaust gas.
  • the heating element 33 can be substantially flat and not very thick.
  • the heating element 33 can be in the form of a plate. By “thin” we understand that the thickness is between 0.3 mm and 30 mm.
  • the thickness can range from 0.3 mm to 10 mm, preferably between 0.5 and 2 mm.
  • the thickness can range from 5 mm to 30 mm, preferably between 10 mm and 20 mm.
  • the heating element 33 typically extends in a plane substantially perpendicular to the central axis C.
  • the heating element 33 heats by the Joule effect. It comprises a network of passages for the exhaust gas, generating a turbulent flow of the exhaust gas through the heating element 33.
  • the material constituting the heating element 33 is typically a metal, such as stainless steel, or a metal alloy, or even a ceramic.
  • this material is an iron alloy, such as FeCrAI.
  • this material is an alloy of nickel or copper, such as NiCr.
  • this material is a ceramic made of silicon carbide SiC.
  • the heating element 33 is typically a foam, with open pores organized in a random or regular fashion.
  • the heating element 33 is a wire mesh or grid, or honeycomb material.
  • the pore density is typically between 5 ppi (pore per inch, or pores per inch in French) and 40 ppi.
  • the material typically has a developed surface area of between 500 and 5000 m2 / m3, preferably between 1000 and 3000 m2 / m3, and more preferably between 1500 and 2500 m2 / m3.
  • the heating element 33 is coated with at least one coating with a catalytic function making it possible to contribute to the after-treatment of the exhaust gas.
  • This coating is intended for the oxidation and / or reduction of polluting compounds in the exhaust gas. It can be, for example, the same type as those used in TWC (Three-way Catalyst), DOC (Diesel Oxidation Catalysis), PNA (Passive NOx Absorber), LNT (Lean NOx Trap), SCR (Selective Catalytic Reduction) or even for the hydrolysis of a reducing agent used for the reduction of nitrogen oxides.
  • this coating is provided to increase the roughness of the surface of the material, with a view to promoting turbulence and therefore heat exchange.
  • the heating element 33 Due to its porosity, the heating element 33 also acts as a particulate filter. The heating element 33 is regenerated with each heating, the trapped soot particles being removed.
  • the heating element 33 is integral. It is one piece, in the same material.
  • the heating element 33 is obtained by cutting a one-piece plate of the electrically conductive material.
  • the heating element 33 is obtained by foundry, extrusion, sintering, additive manufacturing (3D printing), etc.
  • the heating element 33 has a thickness between 2 and 50 mm, preferably between 5 and 30 mm, and more preferably between 10 and 20 mm.
  • the heating element 33 is in the form of a wafer of electrically conductive material, cut directly to the desired shape.
  • the purification device 1 comprises an attachment 35 of the heating element 33 directly to the internal surface 16 of the tubular casing 15.
  • the binding 35 transmits directly to the internal surface 16 of the tubular casing 15 at least 60% of the forces undergone by the heating element 33, preferably at least 80% of the forces, and more preferably at least 90% of the forces.
  • the attachment 35 cooperates directly with the internal surface 16 of the tubular casing 15 to lock the heating element 33 in position.
  • the binding 35 comprises a layer 37 of an electrically insulating material, interposed between the heating element 33 and the internal surface 16 of the tubular casing 15. This layer 37 maintains the heating element within the inner surface of the tubular casing.
  • the material is, for example, a fibrous refractory material (alumina, silica type, etc.) or a laminated refractory material (mica type, etc.).
  • the layer 37 comprises a cylindrical part 39 interposed radially between a wafer 49 of the heating element 33 and the internal surface 16 of the tubular casing 15.
  • the cylindrical part 39 is compressed between the wafer 49 and the internal surface 16 of the. tubular casing 15.
  • the radial pressure exerted by the cylindrical part 39 of the electrically insulating layer on the heating element 33 contributes to locking the latter in position.
  • It preferably extends over the entire periphery of the heating element 33, and axially over the entire length of the plate.
  • the layer of electrically insulating material 37 preferably comprises at least one annular portion 41 interposed axially between a large face of the heating element 33 and the internal surface 16 of the tubular casing 15.
  • the layer of electrically insulating material 37 comprises two annular parts 41, interposed axially between the two large faces 43, 45 of the heating element 33 and the internal surface 16 of the tubular casing 15.
  • the or each annular part 41 extends along the peripheral edge of the corresponding large face 43, 45. It covers a small fraction of the radius of the heating element 33, typically less than 20% of the radius, preferably less than 10% of the radius.
  • the layer of electrically insulating material 37 comprises two half layers 47, each having an L-shaped section in a plane containing the central axis C.
  • Each half layer 47 is in one piece and comprises one of the two annular parts 41, and half of the cylindrical part 39.
  • the layer of electrically insulating material 37 comprises three elements independent of each other: the two annular parts 41, and the cylindrical part 39.
  • the layer of electrically insulating material 37 comprises two elements independent of one another: a first element of a part comprising one of the two annular parts 41 and the cylindrical part 39, and a second element comprising the other of the two annular parts 41.
  • the tubular casing 15 comprises a cylindrical portion 51, facing the wafer 49, against which the cylindrical portion 39 of the electrically insulating layer 37 bears.
  • the tubular casing 15 also comprises, for the or each annular part 41, a shoulder 53, adjoining the cylindrical portion 51.
  • the or each shoulder 53 extends in a plane perpendicular to the central axis C.
  • the or each annular portion 41 bears against the corresponding shoulder 53.
  • the tubular casing 15 advantageously comprises first and second tubular sections 55, 57.
  • the first and second tubular sections 55, 57 are independent pieces of each other, which are not integral with each other and which are attached to one another.
  • the first tubular section 55 defines one of the two shoulders 53 and a cylindrical section 59.
  • the second tubular section 57 defines the other shoulder 53 and another cylindrical section 61.
  • the cylindrical section 59 has an external section corresponding to the internal section. of the other cylindrical section. It is fitted in a sealed manner in the other cylindrical section 61.
  • the first and second tubular sections 55, 57 are rigidly fixed to each other by any suitable means: peripheral welding, tabs, etc.
  • the first tubular section 55 comprises for example a cone 63 for connection to the upstream conduit 9, delimiting the inlet 23.
  • the second tubular section 57 comprises, for example, a tubular extension 65, in which the purification member 17 is housed.
  • the cylindrical sections 59 and 61 together define the cylindrical portion 51 against which the cylindrical portion 39 of the electrically insulating layer rests.
  • the heating element 33 comprises two protuberances 67, 69, electrically connected to the two terminals 71, 73 of the power supply 21.
  • the protrusions 67, 69 are integrally formed with the rest of the heating element 33.
  • the protrusions 67, 69 project out of the tubular casing 15, through orifices 75, 77 formed in the tubular casing 15.
  • a bell 79 made of an electrically conductive metal covers the projecting part of the protuberance 67. It is fixed to the protuberance 67 by any suitable means allowing the passage of electric current, for example by brazing or welding. It carries a rod 81 for connection to a conductor electrically connected to terminal 71 of the power supply 21.
  • a boss 83 is rigidly fixed to the outer surface of the tubular casing 15. It surrounds the bell 79. A layer 85 of electrical insulation is interposed between the bell 79 and the boss 83.
  • Another bell 87 made of an electrically conductive metal covers the projecting part of the protuberance 69. It is fixed to the protuberance 69 by any suitable means allowing the passage of electric current, for example by brazing or welding. It is also rigidly fixed to the outer surface of the tubular casing 15, by any suitable means allowing the passage of electric current, for example by brazing or welding.
  • the tubular casing 15 here constitutes the second terminal 73 of the power supply 21.
  • the heating element 33 is of a foam.
  • the heating element 33 has a central portion 89 in which the foam has a first density, and at least one reinforced edge area 91 in which the foam has a second density greater than the first.
  • the core 89 has a maximum relative density of 20%, preferably between 5 and 10%, and the reinforced edge area has a minimum relative density of 40%, preferably greater than 50%.
  • the reinforced edge zone 91 advantageously forms an equipotential connection between the branches of the heating element 33, when the latter is of the spiral type consisting of several branches, as shown in FIG. 5.
  • the fixing 35 fixes the or each reinforced edge zone 91 to the internal surface 16 of the tubular casing 15.
  • the heating element 33 comprises, for example, two reinforced edge zones 91 ( Figure 5). Each reinforced edge zone 91 is continuous and extends over a fraction of the periphery of the plate of between 25% and 50%. The two reinforced edge areas 91 are symmetrical to each other with respect to the geometric center of the heating element 33.
  • the attachment 35 then comprises at least one support plate 93, 95 extending along the edge 49 of the heating element 33 and rigidly fixed to the or a reinforced edge zone 91 of the heating element 33.
  • the fixing 35 also comprises a plurality of studs 97 rigidly fixing the or each support plate 93, 95 to the internal surface 16 of the tubular casing 15.
  • the attachment 35 comprises two support plates 93, 95 extending along the edge 49 of the heating element 33 and each rigidly attached to one of the reinforced edge areas 91.
  • the support plate 93 is made of an electrically conductive material. It is electrically connected to the first terminal 71 of the power supply 21.
  • the support plate 93 is interposed between the heating element 33 and the tubular casing 15. It matches the shape of the outer edge of the heating element 33. Thus, when the heating element 33 is circular, the support plate 93 is in an arc.
  • the pads 97 are electrically insulating. They have a sandwich structure and each comprise for example two metal layers 98 rigidly fixed respectively to the internal surface 16 of the tubular casing 15 and to the support plate 33, separated from each other by an electrically insulating layer. 99.
  • a connector 101 passes through the tubular casing 15 via an orifice in this tubular casing 15.
  • a ring (not shown) electrically isolates the connector 101 from the tubular casing 15.
  • the connector 101 ensures the electrical connection of the support plate 93 to the first. terminal 71 of the power supply 21.
  • the support plate 95 is also made of an electrically conductive material. It is electrically connected to the tubular casing 15, which constitutes the ground of the electrical supply 21.
  • the support plate 95 is interposed between the heating element 33 and the tubular casing 15. It follows the shape of the outer edge of the heating element 33. Thus, when the heating element 33 is circular, the support plate 93 is in an arc.
  • the mounting pads 95 of the support plate 95 are electrically conductive. They are rigidly fixed on one side to the inner surface 16 of the tubular casing 15 and on the other to the support plate 95.
  • Each support plate 93, 95 extends substantially along the entire corresponding reinforced edge area 91. It is fixed over its entire surface to the reinforced edge zone 91.
  • a connector 103 passes through the tubular casing 15 via an orifice in this tubular casing 15.
  • a ring (not shown) electrically isolates the connector 103 from the tubular casing 15.
  • the connector 103 ensures the electrical connection of the support plate 95 to the second terminal 73 of the power supply 21.
  • the support plate 95 is not electrically connected to the tubular casing 15.
  • the pads 97 securing the support plate 95 to the internal surface 16 of the tubular casing 15 are electrically insulating. They have the sandwich structure described above.
  • the heating element 33 comprises a plurality of reinforced edge zones 91, each extending over a small fraction of the periphery of the plate, for example between 2% and 15. %.
  • the heating element 33 comprises for example at least four reinforced edge zones 91.
  • the reinforced edge zones 91 are spaced apart from each other and are for example evenly distributed around the heating element 33.
  • each support plate 93, 95 is rigidly fixed to at least two reinforced edge zones 91, as illustrated in FIG. 6.
  • the heating element 33 has a single reinforced edge zone, extending over substantially 100% of the periphery of the heating element.
  • the support plates 93, 95 are used to fix a heating element which is not made of foam, but is of any other type: grid, honeycombs, etc.
  • the attachment 35 comprises a peripheral frame 105 surrounding the heating element 33 and fixed to the inner surface 16 of the tubular casing 15.
  • the layer of electrically insulating material 37 is directly interposed between the frame 105 and the heating element 33.
  • the frame 105 completely surrounds the heating element 33. It is interposed radially between the heating element 33 and the tubular casing 15. Its shape corresponds to the shape of the outer edge of the heating element 33.
  • the frame 105 has a U-shape, open towards the heating element 33. It thus defines a circular groove, in which the layer of electrically insulating material 37 is received.
  • the frame 105 thus has a cylindrical bottom 107 applied against the internal surface 16 of the tubular casing 15, and two annular wings 109 integral with the bottom 107.
  • the wings 109 extend in respective planes perpendicular to the central axis C. They extend on either side of the large faces 43, 45 of the heating element 33, facing the outer edge of the heating element.
  • the cylindrical part 39 of the electrically insulating layer 37 bears against the bottom 107.
  • the annular portions 41 of the electrically insulating layer 37 each bear against one of the wings 109.
  • peripheral frame 105 is advantageously divided into two half-frames 1 1 1 arranged axially on either side of the heating element 33.
  • Each half-frame 1 1 1 comprises a peripheral edge 1 13 interposed between the edge 49 of the heating element 33 and the internal surface 16 of the tubular casing 15.
  • the two peripheral edges 1 13 are nested axially one inside the other. They are rigidly attached to each other by any suitable means: peripheral welding, brackets, etc.
  • the two peripheral edges January 13 together define the bottom 107 of the frame.
  • Each half-frame 1 1 1 comprises, in addition to the peripheral edge 1 13, one of the two wings 109.
  • the two half-frames 1 1 1 are independent parts, which are not integral with each other and which are attached to one another.
  • the fixing 35 comprises at least one fixing member 1 15 rigidly fixed to the heating element 33 at a distance from an outer edge 1 17 of the heating element 33 (FIG. 8). Only one fixing member 1 15 has been shown in FIG. 8. Alternatively, the fixing 35 comprises several fixing members 1 15, distributed over the entire surface of the heating element 33.
  • the or each fixing member 1 15 has ends 1 19 projecting axially on either side of the heating element 33.
  • the peripheral frame 105 comprises arms 121 rigidly fixed to the ends 1 19 of the or each fixing member 1 15.
  • the arms 121 are typically derived from the wings 109, and are integral with the wings 109.
  • the fixing 35 comprises a single fixing member 1 15, fixed to the geometric center of the heating element 33.
  • the peripheral frame comprises opposite each large face 43, 45 four arms 121, forming angles of 90 ° between them.
  • the other half-frame 1 1 1 has an upright peripheral edge 122, extending axially from the wing 109 opposite the heating element 33.
  • the fasteners 1 15 are of any suitable type. These are for example elongated fixing members, such as screws or tie rods.
  • the layer 37 of electrically insulating material comprises two sub-layers superimposed one on the other.
  • the first sub-layer, in contact with the heating element 33, is for example a ceramic layer molded onto the heating element 33.
  • the second sublayer is interposed between the first sublayer and the frame 105 or between the first sublayer and the internal surface 16 of the tubular casing 15.
  • the second sub-layer is for example a preformed sheet of fibers, of the type of the sheet of fibers 27 holding the purification member 17 in position in the tubular envelope 15.
  • a sheet is known under the name of “canning”. .
  • the second underlayer is of a braided electrical insulating material.
  • the second sub-layer is a cord or a fiber sleeve.
  • the second sub-layer is made of mica, and is preformed.
  • a layer of electrical insulation is arranged in the through slots 135 of the heating element, so as to guide the electric current.
  • Such a design allows for electrical insulation and extremely efficient fixing. It increases the force applied to the heating element, and thus absorbs the vibrations and the expansion of the heating element. It increases the compactness of the heating device.
  • the tubular casing 15 has welding orifices at the peripheral frame 105 and welds securing the peripheral frame 105 to the tubular casing through the welding orifices.
  • the peripheral frame 105 advantageously comprises tabs P provided for this purpose, visible in FIG. 8.
  • the tabs P are pressed against the internal surface 16, in front of the welding orifices. They project axially from the upright peripheral edge 122.
  • the invention also relates to a method of fixing the peripheral frame 105 to the tubular casing 15 by welding through welding holes made in the tubular casing 15 at the level of the peripheral frame 105.
  • the peripheral frame 105 is an element of the tubular casing 15.
  • the layer 37 of electrically insulating material is preformed, and preinstalled in the peripheral frame 105.
  • the peripheral frame 105 in this case is typically a ring, with a U-shaped radial section. Layer 37 is preinstalled at the bottom of the U.
  • the bottom of the U defines part of the outer surface of the tubular casing.
  • the branches of the U protrude inward from the tubular casing 15.
  • the tubular casing 15 advantageously comprises several independent tubular sections, the peripheral frame 105 being interposed between two sections.
  • the tubular sections are attached and fixed axially on either side of the peripheral frame 105.
  • one of the sections corresponds to the inlet cone of the tubular casing 15, and the other corresponds to the cylindrical shell in which is housed the purification organ 17.
  • the peripheral frame 105 to facilitate assembly around the heating element 33, is advantageously divided into several angular sectors, for example two semi-circles, which are fixed to one another.
  • the peripheral frame 105 advantageously has at least one fixing orifice for an electrical supply electrode, electrically connected to the heating element 33.
  • This variant embodiment has the advantage of being very compact, in thickness and in diameter.
  • the weight of the purification device is reduced. It facilitates the mounting of the heating element and the integration of the purification device in the exhaust line.
  • the attachment 35 comprises a support grid 123 extending in a plane substantially perpendicular to the central axis C and fasteners 125 of the grid 123 to the internal surface 16 of the tubular casing 15.
  • the grid 123 has a large grid face 126 on which the heating element 33 is rigidly fixed.
  • the support grid 123 extends substantially over the entire cross section of the tubular casing 15. It has a high permeability to the exhaust gas. It is metallic or made of ceramic.
  • the heating element 33 is not pressed against the support grid 123. A space remains between the heating element and the support grid 123.
  • the fasteners 125 are, for example, tabs integral with the support grid and folded against the inner surface 16 of the tubular casing 15. They are typically welded to the inner surface 16 of the tubular casing 15.
  • the heating element 33 is rigidly fixed to the support grid 123, for example by rods 127.
  • Each rod 127 at one end is rigidly fixed to the heating element 33.
  • each rod 127 is engaged in an orifice fixing 129, corresponding to a mesh of the grid ( Figure 10).
  • the rods 127 may be made of an electrically insulating or conductive material, but if this grid is electrically conductive, the rods must be electrically insulating.
  • the insulation is typically a ceramic (glass, magnesium oxide, aluminum oxide).
  • the support grid 123 comprises for example a plurality of transverse bars 131, and a plurality of longitudinal bars 133 perpendicular to the transverse bars 131.
  • the transverse bars 131 are arranged in pairs, the two transverse bars 131 of the same pair having a reduced longitudinal spacing between them.
  • the pairs of transverse bars 131 have a relatively greater longitudinal spacing between them.
  • the longitudinal bars 133 are arranged in pairs, the two longitudinal bars 133 of the same pair having a reduced transverse spacing between them.
  • the pairs of longitudinal bars 133 have a relatively greater transverse spacing between them.
  • the fixing holes 129 are defined by the crossings between the pairs of transverse bars 131 and the pairs of longitudinal bars 133, as illustrated in Figure 10.
  • the rods 127 are distributed over the entire surface of the heating element 33.
  • the rods 127 embedded in the support grid 123 have for example a shape with a groove arranged to be wedged between the bars 131, 133. As a variant, the rods 127 are welded.
  • An advantage of the fastener 35 using not very massive bars, apart from the low back pressure, is a flexibility allowing to accompany the thermal expansions of the heating element.
  • the bars, their shapes and the spacing between the bars, are chosen to allow expansion of the support and the heating element without adding constraints.
  • the heating element 33 has a plurality of through slots 135 (visible for example in FIGS. 5, 6, 7), the purification device 1 comprising a mask 137 arranged vis-à-vis one of the large faces 43, 45 of the heating element 33 and comprising solid areas 139 axially vis-à-vis the slots 135 ( Figure 1 1).
  • through slot 135 is understood here to mean a slot passing through the heating element 33 over its entire axial thickness, from the large face 43 to the large face 45.
  • Each through slot 135 opens out onto the large face 43 and onto the large face 45. It therefore constitutes a preferred leak path for the exhaust gas through the heating element 33. It is advantageous to limit the leakage rate to through the through slots 135 to improve the quality of heating. This is done using mask 137.
  • the mask 137 has a solid area 139 facing each through slot 135.
  • the solid area 139 has substantially the same shape as the corresponding through slot 125. It therefore has an elongated shape, substantially of same length and substantially the same width as the corresponding through slot 125. It has the same design as the through slot 125.
  • the mask 137, between the solid areas 139, is hollowed out, so as not to create excessive back pressure.
  • spacers 141 connect the solid areas 139 to one another, to stiffen the mask.
  • At least 80% of the surface of the mask 137 is preferably hollowed out.
  • the mask 137 is integral with the peripheral frame 105.
  • the mask 137 is a member mechanically independent of the heating element 33 and / or of the attachment 35.
  • the mask 137 is for example a plate rigidly fixed to the tubular casing 15.
  • the mask 137 is placed upstream or downstream of the heating element 33.
  • the heating element 33 has first and second zones 143, 145 electrically connected to first and second terminals 71, 73 of the power supply 21, the element heater 33 having through slots 147 defining a single S-shaped path through the heater 33 for electric current between the first and second zones 143, 145 ( Figure 12).
  • the first and second zones 143, 145 are located on the outer edge 117 of the heating element 33, and are symmetrical to each other with respect to a geometric center of the heating element 33.
  • the geometric center corresponds to the barycenter of all the points on the plate.
  • the heating element is circular, it is the center of the circle.
  • the first and second zones 143, 145 divide the outer edge 1 17 into two opposite parts 149 and 151.
  • slot 147 By through slot 147 is meant here a slot passing through the heating element 33 over its entire axial thickness, from the large face 43 to the large face 45.
  • Each through slot 147 opens onto the large face 43 and onto the large face 45.
  • the slots 147 are all parallel to each other. They all extend in a transverse direction.
  • the slots 147 follow each other longitudinally, that is to say they are all offset longitudinally with respect to one another.
  • Each slot 147 extends transversely from either part 149 or part 151 of the outer edge 1 17. It opens out at said part. It extends over more than 50% of the transverse width of the heating element taken at said slot, preferably over more than 75% of the width.
  • the slots 147 extend alternately from the part 149 and from the part 151 of the outer edge 17. In other words, two slots 147 which follow each other longitudinally will extend one from the front. part 149 and the other from part 151 of the outer edge 1 17.
  • first and second zones 143, 145 are substantially aligned longitudinally.
  • the line passing through the first and second zones 143, 145 forms a reduced angle with the longitudinal direction, typically less than 45 °.
  • the electric current therefore follows a path comprising a plurality of transverse branches 153, connected to each other by U-shaped zones 155 oriented alternately in opposite directions.
  • the number of slots 147 depends on the size of the heater 33. It is typically between 4 and 20.
  • Each slot has a small width, for example between 1 and 3.
  • the first and second zones 143, 145 are typically reinforced edge zones, of the type described above.
  • a heating element offering such an S-shaped path for electric current has the advantage that its resonance frequencies are relatively high, and are significantly higher than the excitation frequencies generated by the heat engine of the vehicle.
  • the heating element is therefore insensitive to vibrations generated by the engine, its robustness and durability being improved accordingly.
  • the invention has been described above for a circular heating element.
  • the alternative heating element has any other suitable shape: oval, racetrack, elliptical, rectangular, TV screen, namely rectangle with corners and / or rounded edges), etc.
  • the invention has been described above for a heater mounted in the same tubular casing as an exhaust gas purification member.
  • the heater and the exhaust gas purifier are mounted in different tubular casings, fluidly connected by a conduit.
  • the heating element 33 has at least one through slit inclined from 5 to 30 ° with respect to the axis C.
  • the heating element 33 has several through slits inclined. from 5 to 30 ° relative to the axis C. These slots open out on the large face 43 and on the large face 45.
  • Each slit is elongated, along a straight or sinuous central line.
  • the straight sections of the slot, taken perpendicular to the center line, are delimited by two opposite edges, substantially parallel to one another. These two edges each form with the axis C an angle between 5 and 30 °.
  • This has the advantage of deflecting the exhaust gas passing through the heating element and increasing the contact surface between the gas and the heating element. This improves heat transfer between the gas and the heating element.
  • a layer of electrical insulation is advantageously arranged in any through slots made in the heating element, so as to guide the electric current.

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Abstract

Le dispositif de purification (1) comprend : - une enveloppe tubulaire (15) présentant une surface interne (16); - un organe de chauffage électrique (19) logé dans l'enveloppe tubulaire (15), l'organe de chauffage (19) comprend un élément chauffant (33) en un matériau électriquement conducteur et perméable aux gaz d'échappement; - une fixation (35) de l'élément chauffant (33) directement à la surface interne (16).

Description

TITRE : Dispositif de purification des gaz d’échappement d’un véhicule, procédé de fabrication, ligne d’échappement et véhicule correspondants
La présente invention concerne les dispositifs de purification des gaz d’échappement de véhicules, équipés d’organes de chauffage.
Il est possible de réaliser l’organe de chauffage en utilisant des feuilles métalliques, superposées parallèlement les unes aux autres et roulées, comme proposé par DE102007010758.
Un tel organe de chauffage canalise le gaz d’échappement selon un écoulement laminaire. Ceci ne favorise pas les transferts thermiques de l’organe de chauffage au gaz d’échappement.
Par ailleurs, l’organe de chauffage est peu rigide, et doit être fixé en de multiples points sur l’organe de purification. Ces points de fixation sont typiquement des tiges solidaires de l’organe de chauffage et engagés dans les canaux de l’organe de purification. Ceci rend l’utilisation d’un organe de purification en céramique problématique en raison de sa fragilité et impose que ce dernier soit en métal. Un tel organe de purification a un coût plus élevé comparativement à un organe de purification en céramique.
Dans ce contexte, l’invention vise à proposer un dispositif de purification qui ne présente pas les défauts ci-dessus.
A cette fin, l’invention selon un premier aspect porte sur un dispositif de purification du gaz d’échappement d’un véhicule, le dispositif de purification comprenant :
- une enveloppe tubulaire présentant une surface interne et ayant un axe central;
- un organe de chauffage électrique logé dans l’enveloppe tubulaire, l’organe de chauffage comprend un élément chauffant en un matériau électriquement conducteur et perméable aux gaz d’échappement ;
- une alimentation électrique alimentant électriquement l’organe de chauffage;
- une fixation de l’élément chauffant directement à la surface interne.
L’utilisation d’un élément chauffant en un matériau électriquement conducteur et perméable au gaz d’échappement permet de faciliter les transferts thermiques entre l’organe de chauffage et le gaz d’échappement. La puissance de l’organe de chauffage peut être diminuée, ce qui permet une consommation électrique plus faible.
L’organe de chauffage est fixé directement à la surface interne de l’enveloppe tubulaire. Il n’est pas fixé à l’organe de purification du gaz d’échappement.
Il devient ainsi possible d’utiliser un organe de purification en céramique, puisque celui-ci ne doit plus porter les fixations de l’organe de chauffage. On entend par fixation directe le fait que la fixation transmet directement à la surface interne au moins 60% des efforts subis par l’élément chauffant, typiquement au moins 90% des efforts. Ainsi, lorsque l’alimentation électrique comporte une ou plusieurs tiges conductrices traversant l’enveloppe tubulaire pour venir en contact avec l’élément chauffant, seule une petite partie des efforts subis par l’élément chauffant est reprise par les tiges conductrices. L’étanchéité entre la tige et l’enveloppe tubulaire n’est que modérément sollicitée. Sa durée de vie est augmentée.
Le dispositif de purification peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l’élément chauffant est en une mousse, l’élément chauffant ayant une partie centrale dans lequel la mousse présente une première densité et au moins une zone de bord renforcée dans lequel la mousse présente une seconde densité supérieure à la première, la fixation fixant la ou chaque zone de bord renforcée à la surface interne;
- la fixation comprend au moins une plaque de support s’étendant le long d’une tranche de l’élément chauffant et rigidement fixée à la ou une zone de bord renforcée de l’élément chauffant;
- la fixation comprend une pluralité de plots fixant rigidement la ou chaque plaque de support à la surface interne;
- la fixation comprend une couche d’un matériau isolant électriquement, interposée entre l’élément chauffant et la surface interne, la couche de matériau isolant électriquement comprenant avantageusement une partie cylindrique interposée radialement entre une tranche de l’élément chauffant et la surface interne ;
- la couche de matériau isolant électriquement comprend au moins une partie annulaire interposée axialement entre une grande face de l’élément chauffant et la surface interne;
- la fixation comprend un cadre périphérique entourant l’élément chauffant et fixé à l’enveloppe tubulaire, la couche de matériau isolant électriquement étant directement interposée entre le cadre et l’élément chauffant;
- le cadre périphérique est divisé en deux demi-cadres disposés axialement de part et d’autre de l’élément chauffant, chaque demi-cadre comprenant un bord périphérique interposé entre la tranche de l’élément chauffant et la surface interne, les deux bords périphériques étant emboîtés axialement l’un dans l’autre ;
- la fixation comprend au moins un organe de fixation rigidement fixé à l’élément chauffant à distance d’un bord extérieur de l’élément chauffant, le ou chaque organe de fixation ayant des extrémités en saillie axialement de part et d’autre de l’élément chauffant, le cadre périphérique comprenant des bras rigidement fixés aux extrémités du ou de chaque organe de fixation;
- l’enveloppe tubulaire présente des orifices de soudage au niveau du cadre périphérique et des soudures solidarisant le cadre périphérique à l’enveloppe tubulaire à travers les orifices de soudage ;
- le cadre périphérique est un élément de l’enveloppe tubulaire;
- la couche de matériau isolant électriquement comprend deux sous-couches superposées l’une sur l’autre ;
- la fixation comprend une grille de support s’étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à l’axe central et des organes de fixations de la grille à la surface interne, la grille présentant une grande face de grille sur laquelle est rigidement fixé l’élément chauffant au moyen de tiges isolées électriquement;
- l’élément chauffant présente une pluralité de fentes traversantes, le dispositif de purification comprenant au moins un masque disposé en vis-à-vis d’une grande face de l’élément chauffant et comportant des zones pleines axialement en vis-à-vis des fentes;
- l’élément chauffant présente des première et seconde zones raccordées électriquement à des première et seconde bornes de l’alimentation électrique, l’élément chauffant présentant des fentes traversantes définissant un unique parcours en S à travers l’élément chauffant pour le courant électrique entre les première et seconde zones;
- les première et seconde zones sont situées sur un bord extérieur de l’élément chauffant, et sont symétriques l’un de l’autre par rapport à un centre géométrique de l’élément chauffant;
- les fentes sont toutes parallèles les unes aux autres ;
- l’élément chauffant présente au moins une fente traversante inclinée de 5 à 30° par rapport à l’axe C.
L’invention selon un second aspect porte sur un procédé de fabrication d’un dispositif de purification ayant les caractéristiques ci-dessus, le procédé comprenant une étape de fixation du cadre périphérique à l’enveloppe tubulaire par soudage à travers des orifices de soudage ménagés dans l’enveloppe tubulaire au niveau du cadre périphérique.
L’invention selon un troisième aspect porte sur une ligne d’échappement comportant un dispositif de purification ayant les caractéristiques ci-dessus.
L’invention selon un quatrième aspect porte sur un véhicule comprenant une ligne d’échappement ayant les caractéristiques ci-dessus.
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : [Fig 1] la figure 1 est une représentation schématique simplifiée d’une ligne d’échappement comportant un dispositif de purification selon l’invention ;
[Fig 2] la figure 2 est une vue éclatée, en perspective d’un premier mode de réalisation du dispositif de purification de la figure 1 ;
[Fig 3] [Fig 4] les figures 3 et 4 sont des vues en perspective de variantes de réalisation de la couche de matériau isolant électriquement du dispositif de la figure 1 ;
[Fig 5] la figure 5 est une vue en coupe transversale d’un second mode de réalisation du dispositif de purification de l’invention ;
[Fig 6] la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 5, illustrant des variantes du second mode de réalisation ;
[Fig 7] la figure 7 est une vue en perspective, illustrant une variante du premier mode de réalisation ;
[Fig 8] la figure 8 est une vue en perspective, illustrant la variante de réalisation de la figure 7, et montrant en outre un perfectionnement de cette variante ;
[Fig 9] la figure 9 est une vue éclatée, en perspective d’un troisième mode de réalisation du dispositif de purification de l’invention ;
[Fig 10] la figure 10 est une vue agrandie, schématique, d’un détail de la figure 9, montrant la fixation de l’élément chauffant sur la grille de support ;
[Fig 1 1 ] la figure 1 1 est une vue en perspective, illustrant la variante de réalisation de la figure 7, et montrant en outre un second perfectionnement de cette variante ; et
[Fig 12] la figure 12 est une vue de dessus d’un exemple de réalisation particulièrement avantageux de l’élément chauffant, utilisable dans tous les modes de réalisation de l’invention.
Le dispositif de purification 1 représenté schématiquement sur la figure 1 est prévu pour la purification du gaz d’échappement d’un véhicule, typiquement du gaz d’échappement d’une voiture ou d’un camion.
Il est intercalé dans la ligne d’échappement 3 du véhicule. Celle-ci comprend un collecteur d’échappement 5 collectant les gaz d’échappement sortant des chambres de combustion du moteur thermique 7 du véhicule.
Le dispositif de purification 1 est raccordé fluidiquement au collecteur 5 par un conduit amont 9, sur lequel sont typiquement intercalés d’autres équipements tels qu’un turbocompresseur.
Vers l’aval, le dispositif de purification 1 est raccordé fluidiquement par un conduit aval 1 1 à une canule 13. D’autres équipements tels que des silencieux ou d’autres équipements de purification, sont intercalés entre le dispositif de purification 1 et la canule 13. Le gaz d’échappement purifié est relargué dans l’atmosphère par la canule 13. Le dispositif de purification 1 comprend une enveloppe tubulaire 15 présentant une surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15 ayant un axe central C, un organe de chauffage 19 électrique logé dans l’enveloppe tubulaire 15, et une alimentation électrique 21 alimentant électriquement l’organe de chauffage 19.
L’enveloppe tubulaire 15 présente une entrée 23 et une sortie 25 de gaz d’échappement, raccordées respectivement aux conduits amont 9 et aval 1 1 .
L’enveloppe tubulaire 15 présente toute forme adaptée.
Le dispositif de purification 1 comprend encore un organe de purification du gaz d’échappement 17 logé dans l’enveloppe tubulaire 15.
L’organe de purification 17 est par exemple un catalyseur SCR, un catalyseur trois voies, un catalyseur d’oxydation ou un piège à NOx.
Comme visible sur la figure 1 , une nappe de maintien 27 est interposée entre l’organe de purification 17 et l’enveloppe tubulaire 15.
Typiquement, un ou plusieurs organes de purification sont placés dans l’enveloppe tubulaire 15.
L’organe de chauffage 19 est avantageusement placé en face et à proximité de la face d’entrée 29 de l’organe de purification 17. En variante, l’organe de chauffage 19 est placé en face et à proximité de la face de sortie 31 de l’organe de purification 17, c’est-à- dire en aval de celui-ci. Les faces d’entrée 29 et de sortie 31 sont les faces par lesquelles le gaz d’échappement entre et sort de l’organe de purification 17.
En variante, l’organe de chauffage 19 est placé à distance en amont de l’organe de purification 17.
Comme le montre la figure 2, l’organe de chauffage 19 comprend un élément chauffant 33 en un matériau électriquement conducteur et perméable au gaz d’échappement.
Selon un mode de réalisation, l’élément chauffant 33 peut être sensiblement plat et peu épais. Avantageusement, l’élément chauffant 33 peut présenter la forme d’une plaque. Par « peu épais », on comprend que l’épaisseur est comprise entre 0,3 mm et 30 mm.
Selon un premier mode de réalisation où l’élément chauffant 33 serait une grille, l’épaisseur peut aller de 0,3 mm à 10 mm, de préférence entre 0,5 et 2 mm. Selon un deuxième de réalisation où l’élément chauffant serait une mousse ou un nid d’abeille, l’épaisseur peut aller de 5 mm à 30 mm, de préférence entre 10 mm et 20 mm.
L’élément chauffant 33 s’étend typiquement dans un plan sensiblement perpendiculaire à l’axe central C.
Typiquement, l’élément chauffant 33 chauffe par effet Joule. Elle comprend un réseau de passages pour le gaz d’échappement, générant un écoulement turbulent du gaz d’échappement à travers l’élément chauffant 33.
Le matériau constituant l’élément chauffant 33 est typiquement un métal, tel que l’acier inoxydable, ou un alliage métallique, ou encore une céramique. Par exemple, ce matériau est un alliage de fer, tel que du FeCrAI. En variante, ce matériau est un alliage de nickel ou de cuivre, tel que le NiCr. Selon une autre variante, ce matériau est une céramique en carbure de silicium SiC.
L’élément chauffant 33 est typiquement une mousse, avec des pores ouverts organisés de manière aléatoire ou régulière.
En alternative, l’élément chauffant 33 est un treillis de fils métalliques ou une grille, ou un matériau en nids d’abeilles.
La densité de pores est typiquement comprise entre 5 ppi (pore per inch, ou pores par pouce en français) et 40 ppi. Le matériau présente typiquement une surface développée comprise entre 500 et 5000 m2/m3, de préférence comprise entre 1000 et 3000 m2/m3, et encore de préférence comprise entre 1500 et 2500 m2/m3.
Avantageusement, l’élément chauffant 33 est revêtue d’au moins un revêtement à fonction catalytique permettant de contribuer au post-traitement du gaz d’échappement. Ce revêtement est prévu pour l’oxydation et/ou la réduction des composés polluants du gaz d’échappement. Il peut être par exemple du même type que ceux utilisés dans les TWC (Three-way Catalyst), DOC (Diesel Oxydation Catalysis), PNA (Passive NOx Absorber), LNT (Lean NOx Trap), SCR (Sélective Catalytic Réduction) ou encore pour l’hydrolyse d’un agent réducteur utilisé pour la réduction des oxydes d’azote.
Alternativement ou en plus, ce revêtement est prévu pour augmenter la rugosité de la surface du matériau, en vue de favoriser les turbulences et donc les échanges thermiques.
Du fait de sa porosité, l’élément chauffant 33 joue également le rôle de filtre à particules. L’élément chauffant 33 est régénéré à chaque chauffage, les particules de suie piégées étant éliminées.
Avantageusement, l’élément chauffant 33 est venu de matière. Il est d’une pièce, dans le même matériau.
Typiquement, l’élément chauffant 33 est obtenu par découpe d’une plaque d’une seule pièce du matériau électriquement conducteur.
En alternative, l’élément chauffant 33 est obtenu par fonderie, extrusion, frittage, fabrication additive (impression 3D), etc.
L’élément chauffant 33 présente une épaisseur comprise entre 2 et 50 mm, de préférence comprise entre 5 et 30 mm, et encore de préférence entre 10 et 20 mm. En d’autres termes, l’élément chauffant 33 se présente sous la forme d’une tranche de matériau électriquement conducteur, découpée directement à la forme recherchée.
Selon l’invention, le dispositif de purification 1 comprend une fixation 35 de l’élément chauffant 33 directement à la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15.
La fixation 35 transmet directement à la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15 au moins 60% des efforts subis par l’élément chauffant 33, de préférence au moins 80% des efforts, et encore de préférence au moins 90% des efforts.
En d’autres termes, la fixation 35 coopère directement avec la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15 pour bloquer en position l’élément chauffant 33.
Elle transmet à la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15 les différents efforts subis par l’élément chauffant : efforts résultant de l’accélération du véhicule, réaction de la route, efforts appliqués par le gaz d’échappement, etc.
Selon un premier mode de réalisation, illustré sur la figure 2, la fixation 35 comprend une couche 37 d’un matériau isolant électriquement, interposée entre l’élément chauffant 33 et la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15. Cette couche 37 maintient l’élément chauffant à l’intérieur de la surface interne de l’enveloppe tubulaire.
Le matériau est par exemple un matériau réfractaire fibreux (type alumine, silice,..) ou un matériau réfractaire stratifié (type mica,...).
La couche 37 comprend une partie cylindrique 39 interposée radialement entre une tranche 49 de l’élément chauffant 33 et la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15. La partie cylindrique 39 est comprimée entre la tranche 49 et la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15. La pression radiale exercée par la partie cylindrique 39 de la couche isolante électriquement sur l’élément chauffant 33 contribue à bloquer celle-ci en position.
Elle s’étend de préférence sur tout le pourtour de l’élément chauffant 33, et axialement sur toute la longueur de la plaque.
La couche de matériau isolant électriquement 37 comprend de préférence au moins une partie annulaire 41 interposée axialement entre une grande face de l’élément chauffant 33 et la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15.
Typiquement, la couche de matériau isolant électriquement 37 comprend deux parties annulaires 41 , interposée axialement entre les deux grandes faces 43, 45 de l’élément chauffant 33 et la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15.
La ou chaque partie annulaire 41 s’étend le long du bord périphérique de la grande face 43, 45 correspondante. Elle couvre une faible fraction du rayon de l’élément chauffant 33, typiquement moins de 20% du rayon, de préférence moins de 10% du rayon. Dans l’exemple de la figure 2, la couche de matériau isolant électriquement 37 comprend deux demi couches 47, ayant chacune une section en L dans un plan contenant l’axe central C.
Chaque demi couche 47 est d’une pièce et comprend une des deux parties annulaires 41 , et la moitié de la partie cylindrique 39.
Dans l’exemple de la figure 3, la couche de matériau isolant électriquement 37 comprend trois éléments indépendants les uns des autres : les deux parties annulaires 41 , et la partie cylindrique 39.
Dans l’exemple de la figure 4, la couche de matériau isolant électriquement 37 comprend deux éléments indépendants l’un de l’autre : un premier élément d’une pièce comprenant l’une des deux parties annulaires 41 et la partie cylindrique 39, et un second élément comprenant l’autre des deux parties annulaires 41.
L’enveloppe tubulaire 15 comprend une portion cylindrique 51 , en vis-à-vis de la tranche 49, contre laquelle la partie cylindrique 39 de la couche isolante électriquement 37 vient en appui.
L’enveloppe tubulaire 15 comprend également, pour la ou chaque partie annulaire 41 , un épaulement 53, jouxtant la portion cylindrique 51 .
Le ou chaque épaulement 53 s’étend dans un plan perpendiculaire à l’axe central C. La ou chaque partie annulaire 41 est en appui contre l’épaulement 53 correspondant.
Pour permettre le montage de la fixation 35, l’enveloppe tubulaire 15 comprend avantageusement des premier et second tronçons tubulaires 55, 57.
Les premier et second tronçons tubulaires 55, 57 sont des pièces indépendantes l’une de l’autre, qui ne sont pas venues de matière l’une avec l’autre et qui sont rapportées l’une sur l’autre.
Le premier tronçon tubulaire 55 définit l’un des deux épaulements 53 et un tronçon cylindrique 59. Le second tronçon tubulaire 57 définit l’autre épaulement 53 et un autre tronçon cylindrique 61. Le tronçon cylindrique 59 présente une section externe correspondant à la section interne de l’autre tronçon cylindrique. Il est emboîté de manière étanche dans l’autre tronçon cylindrique 61.
Les premier et second tronçons tubulaires 55, 57 sont rigidement fixés l’un à l’autre par tous moyens adaptés : soudage périphérique, pattes, etc
Le premier tronçon tubulaire 55 comporte par exemple un cône 63 de raccordement au conduit amont 9, délimitant l’entrée 23.
Le second tronçon tubulaire 57 comporte par exemple un prolongement tubulaire 65, dans lequel est logé l’organe de purification 17. Les tronçons cylindrique 59 et 61 définissent ensemble la portion cylindrique 51 contre laquelle s’appuie la partie cylindrique 39 de la couche isolante électriquement.
L’élément chauffant 33 comprend deux protubérances 67, 69, raccordées électriquement aux deux bornes 71 , 73 de l’alimentation électrique 21 .
Les protubérances 67, 69 sont venues de matière avec le reste de l’élément chauffant 33.
Les protubérances 67, 69 font saillie hors de l’enveloppe tubulaire 15, à travers des orifices 75, 77 ménagés dans l’enveloppe tubulaire 15.
Une cloche 79 en un métal électriquement conducteur coiffe la partie saillante de la protubérance 67. Elle est fixée à la protubérance 67 par tous moyens adaptés permettant le passage du courant électrique, par exemple par brasage ou soudage. Elle porte une tige 81 de raccordement à un conducteur électriquement connecté à la borne 71 de l’alimentation électrique 21 .
Un bossage 83 est rigidement fixé à la surface extérieure de l’enveloppe tubulaire 15. Il entoure la cloche 79. Une couche 85 d’isolant électrique est interposée entre la cloche 79 et le bossage 83.
Une autre cloche 87 en un métal électriquement conducteur coiffe la partie saillante de la protubérance 69. Elle est fixée à la protubérance 69 par tous moyens adaptés permettant le passage du courant électrique, par exemple par brasage ou soudage. Elle est également rigidement fixée sur la surface externe de l’enveloppe tubulaire 15, par tous moyens adaptés permettant le passage du courant électrique, par exemple par brasage ou soudage.
L’enveloppe tubulaire 15 constitue ici la deuxième borne 73 de l’alimentation électrique 21 .
Un second mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit, en référence aux figures 5 et 6. Seuls les points par lesquels ce second mode de réalisation se différencie du premier seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions dans les deux modes de réalisation seront désignés par les mêmes références.
Dans le second mode de réalisation, l’élément chauffant 33 est en une mousse.
L’élément chauffant 33 présente une partie centrale 89 dans lequel la mousse présente une première densité, et au moins une zone de bord renforcée 91 dans lequel la mousse présente une seconde densité supérieure à la première.
La partie centrale 89 a une densité relative maximale de 20 %, de préférence entre 5 et 10 %, et la zone de bord renforcé a une densité relative minimale de 40 %, de préférence supérieure à 50 %. La zone de bord renforcée 91 forme avantageusement une liaison équipotentielle entre les branches de l’élément chauffant 33, quand celui-ci est du type en spirale constituée de plusieurs branches, comme présenté sur la figure 5.
La fixation 35 fixe la ou chaque zone de bord renforcée 91 à la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15.
Ainsi, les efforts sont transmis par la fixation 35 depuis la ou chaque zone de bord renforcée 91 , qui est plus rigide que la partie centrale 89 de l’élément chauffant 33.
L’élément chauffant 33 comporte par exemple deux zones de bord renforcées 91 (figure 5). Chaque zone de bord renforcée 91 est continue et s’étend sur une fraction de la périphérie de la plaque comprise entre 25% et 50%. Les deux zones de bord renforcées 91 sont symétriques l’une de l’autre par rapport au centre géométrique de l’élément chauffant 33.
La fixation 35 comprend alors au moins une plaque de support 93, 95 s’étendant le long de la tranche 49 de l’élément chauffant 33 et rigidement fixée à la ou une zone de bord renforcée 91 de l’élément chauffant 33.
La fixation 35 comprend également une pluralité de plots 97 fixant rigidement la ou chaque plaque de support 93, 95 à la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15.
Dans l’exemple de la figure 5, la fixation 35 comprend deux plaques de support 93, 95 s’étendant le long de la tranche 49 de l’élément chauffant 33 et rigidement fixées chacune à une des zones de bord renforcées 91 .
La plaque de support 93 est en un matériau électriquement conducteur. Elle est électriquement raccordée à la première borne 71 de l’alimentation électrique 21 .
Considéré en section perpendiculairement à l’axe central C, la plaque de support 93 est intercalée entre l’élément chauffant 33 et l’enveloppe tubulaire 15. Elle épouse la forme du bord extérieur de l’élément chauffant 33. Ainsi, quand l’élément chauffant 33 est circulaire, la plaque de support 93 est en arc de cercle.
Les plots 97 sont électriquement isolants. Ils ont une structure en sandwich et comprennent chacun par exemple deux couches métalliques 98 rigidement fixées respectivement à la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15 et à la plaque de support 33, séparées l’une de l’autre par une couche électriquement isolante 99.
Un connecteur 101 traverse l’enveloppe tubulaire 15 par un orifice de cette enveloppe tubulaire 15. Une bague non représentée isole électriquement le connecteur 101 de l’enveloppe tubulaire 15. Le connecteur 101 assure la connexion électrique de la plaque de support 93 à la première borne 71 de l’alimentation électrique 21 .
La plaque de support 95 est elle aussi en un matériau électriquement conducteur. Elle est électriquement raccordée à l’enveloppe tubulaire 15, qui constitue la masse de l’alimentation électrique 21 .
Considéré en section perpendiculairement à l’axe central C, la plaque de support 95 est intercalée entre l’élément chauffant 33 et l’enveloppe tubulaire 15. Elle épouse la forme du bord extérieur de l’élément chauffant 33. Ainsi, quand l’élément chauffant 33 est circulaire, la plaque de support 93 est en arc de cercle.
Les plots 95 de fixation de la plaque de support 95 sont électriquement conducteurs. Ils sont rigidement fixées d’un côté à la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15 et de l’autre à la plaque de support 95.
Chaque plaque de support 93, 95 s’étend sensiblement le long de toute la zone de bord renforcée 91 correspondante. Elle est fixée sur toute sa surface à la zone de bord renforcée 91 .
Selon une variante de réalisation représentée sur la figure 6, un connecteur 103 traverse l’enveloppe tubulaire 15 par un orifice de cette enveloppe tubulaire 15. Une bague non représentée isole électriquement le connecteur 103 de l’enveloppe tubulaire 15. Le connecteur 103 assure la connexion électrique de la plaque de support 95 à la seconde borne 73 de l’alimentation électrique 21 . La plaque de support 95 n’est pas connectée électriquement à l’enveloppe tubulaire 15.
Les plots 97 fixant la plaque de support 95 à la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15 sont électriquement isolants. Ils ont la structure en sandwich décrite plus haut.
Selon une autre variante de réalisation représentée sur la figure 6, l’élément chauffant 33 comporte une pluralité de zones de bord renforcées 91 , s’étendant chacun sur une faible fraction de la périphérie de la plaque, comprise par exemple entre 2% et 15%. L’élément chauffant 33 comporte par exemple au moins quatre zones de bords renforcées 91 . Les zones de bord renforcées 91 sont espacées les unes des autres et sont par exemple régulièrement réparties autour de l’élément chauffant 33.
Dans ce cas, chaque plaque de support 93, 95 est rigidement fixée à au moins deux zones de bord renforcées 91 , comme illustré sur la figure 6.
Selon encore une autre variante, non représentée, l’élément chauffant 33 comporte une unique zone de bord renforcée, s’étend sur sensiblement 100% de la périphérie de l’élément chauffant.
Selon encore une autre variante de réalisation, les plaques de supports 93, 95 sont utilisés pour fixer un élément chauffant qui n’est pas en mousse, mais est de tout autre type : grille, nids d’abeilles, etc.
Une variante du premier mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrite, en référence aux figures 7 et 8. Seuls les points par lesquels cette variante se différencie de celle des figures 2 à 4 seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions dans les deux variantes seront désignés par les mêmes références.
La fixation 35 comprend un cadre périphérique 105 entourant l’élément chauffant 33 et fixé à la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15. La couche de matériau isolant électriquement 37 est directement interposée entre le cadre 105 et l’élément chauffant 33.
Le cadre 105 entoure complètement l’élément chauffant 33. Il est interposé radialement entre l’élément chauffant 33 et l’enveloppe tubulaire 15. Sa forme correspond à la forme du bord extérieur de l’élément chauffant 33.
Considéré en section dans un plan contenant l’axe central C, le cadre 105 présente une forme en U, ouvert vers l’élément chauffant 33. Il délimite ainsi une gorge circulaire, dans laquelle est reçue la couche de matériau isolant électriquement 37.
Le cadre 105 présente ainsi un fond cylindrique 107 appliqué contre la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15, et deux ailes annulaires 109 solidaire du fond 107. Les ailes 109 s’étendent dans des plans respectifs perpendiculaires à l’axe central C. Elles s’étendent de part et d’autre des grandes faces 43, 45 de l’élément chauffant 33, en vis-à- vis du bord extérieur de l’élément chauffant.
La partie cylindrique 39 de la couche isolante électriquement 37 vient en appui contre le fond 107.
Les parties annulaires 41 de la couche isolante électriquement 37 sont en appui chacune contre une des ailes 109.
Pour faciliter le montage, le cadre périphérique 105 est avantageusement divisé en deux demi-cadres 1 1 1 disposés axialement de part et d’autre de l’élément chauffant 33.
Chaque demi-cadre 1 1 1 comprend un bord périphérique 1 13 interposé entre la tranche 49 de l’élément chauffant 33 et la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15 .
Les deux bords périphériques 1 13 sont emboîtés axialement l’un dans l’autre. Ils sont rigidement fixés l’un à l’autre par tous moyens adaptés : soudage périphérique, pattes, etc
Les deux bords périphériques 1 13 définissent ensemble le fond 107 du cadre.
Chaque demi-cadre 1 1 1 comprend, outre le bord périphérique 1 13, l’une des deux ailes 109.
Les deux demi-cadres 1 1 1 sont des pièces indépendantes, qui ne sont pas venues de matière l’une avec l’autre et qui sont rapportées l’une sur l’autre.
Avantageusement, la fixation 35 comprend au moins un organe de fixation 1 15 rigidement fixé à l’élément chauffant 33 à distance d’un bord extérieur 1 17 de l’élément chauffant 33 (figure 8). Seul un organe de fixation 1 15 a été représenté sur la figure 8. En variante, la fixation 35 comporte plusieurs organes de fixation 1 15, répartis sur toute la surface de l’élément chauffant 33.
Le ou chaque organe de fixation 1 15 a des extrémités 1 19 en saillie axialement de part et d’autre de l’élément chauffant 33.
Le cadre périphérique 105 comprend des bras 121 rigidement fixés aux extrémités 1 19 du ou de chaque organe de fixation 1 15.
Ceci permet de rigidifier l’élément chauffant 33.
Les bras 121 sont typiquement issus des ailes 109, et sont venus de matière avec les ailes 109.
Dans l’exemple représenté, la fixation 35 comporte un unique organe de fixation 1 15, fixé au centre géométrique de l’élément chauffant 33. Le cadre périphérique comporte en vis-à-vis de chaque grande face 43, 45 quatre bras 121 , formant des angles de 90° entre eux.
L’un des demi-cadres 1 1 1 est comme décrit ci-dessus. L’autre demi-cadre 1 1 1 comporte un bord périphérique dressé 122, s’étendant axialement à partir de l’aile 109 à l’opposé de l’élément chauffant 33.
Les organes de fixation 1 15 sont de tout type adaptés. Ce sont par exemple des organes de fixation allongés, tels que des vis ou des tirants.
Selon une variante du premier mode de réalisation, la couche 37 de matériau isolant électriquement comprend deux sous-couches superposées l’une sur l’autre.
La première sous-couche, au contact de l’élément chauffant 33, est par exemple une couche de céramique surmoulée sur l’élément chauffant 33.
La seconde sous-couche est interposée entre la première sous-couche et le cadre 105 ou entre la première sous-couche et la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15.
La seconde sous-couche est par exemple une nappe de fibres préformée, du type de la nappe de fibres 27 maintenant en position l’organe de purification 17 dans l’enveloppe tubulaire 15. Une telle nappe est connue sous le nom de « canning ».
En variante, la seconde sous-couche est en un matériau d’isolation électrique tressé.
Selon une autre variante, la seconde sous-couche est une corde ou une manche en fibres.
Selon une autre variante, la seconde sous-couche est en mica, et est préformée.
Avantageusement, une couche d’isolant électrique est disposée dans les fentes traversantes 135 de l’élément chauffant, de manière à guider le courant électrique. Une telle conception permet une isolation électrique et une fixation extrêmement efficace. Elle permet d’augmenter l’effort appliqué à l’élément chauffant, et ainsi d’absorber les vibrations et la dilatation de l’élément chauffant. Elle augmente la compacité du dispositif de chauffage.
Selon une autre variante du premier mode de réalisation, l’enveloppe tubulaire 15 présente des orifices de soudage au niveau du cadre périphérique 105 et des soudures solidarisant le cadre périphérique 105 à l’enveloppe tubulaire à travers les orifices de soudage.
Le cadre périphérique 105 comporte avantageusement des pattes P prévues à cet effet, visibles sur la figure 8. Les pattes P sont plaquées contre la surface interne 16, devant les orifices de soudage. Elles font saillie axialement à partir du bord périphérique dressé 122.
Ces orifices permettent de souder le cadre périphérique 105 à l’enveloppe tubulaire de l’extérieur de l’enveloppe. Ainsi, il n’y a pas de projection de métal fondu à l’intérieur de l’enveloppe tubulaire. Par ailleurs, la surface d’échange thermique entre l’élément chauffant et le gaz est augmentée.
L’invention vise aussi un procédé de fixation du cadre périphérique 105 à l’enveloppe tubulaire 15 par soudage à travers des orifices de soudage ménagés dans l’enveloppe tubulaire 15 au niveau du cadre périphérique 105.
Selon une autre variante du premier mode de réalisation, le cadre périphérique 105 est un élément de l’enveloppe tubulaire 15.
Dans ce cas, la couche 37 de matériau isolant électriquement est préformée, et préinstallée dans le cadre périphérique 105.
Le cadre périphérique 105 dans ce cas est typiquement un anneau, de section radiale en U. La couche 37 est préinstallé au fond du U.
Le fond du U définit une partie de la surface externe de l’enveloppe tubulaire. Les branches du U font saillie vers l’intérieur de l’enveloppe tubulaire 15.
Selon cette variante, l’enveloppe tubulaire 15 comprend avantageusement plusieurs tronçons tubulaires indépendants, le cadre périphérique 105 étant intercalés entre deux tronçons. Les tronçons tubulaires sont rapportés et fixés axialement de part et d’autre du cadre périphérique 105. Par exemple, l’un des tronçons correspond au cône d’entrée de l’enveloppe tubulaire 15, et l’autre correspond à la virole cylindrique dans laquelle est logée l’organe de purification 17.
Le cadre périphérique 105, pour faciliter l’assemblage autour de l’élément chauffant 33, est avantageusement divisé en plusieurs secteurs angulaires, par exemple deux demi- cercle, qui sont fixés l’un à l’autre. Le cadre périphérique 105 avantageusement présente au moins un orifice de fixation pour une électrode d’alimentation électrique, raccordée électriquement à l’élément chauffant 33.
Cette variante de réalisation présente l’avantage d’être très compacte, en épaisseur et en diamètre. Le poids du dispositif de purification est réduit. Elle facilite le montage de l’élément chauffant et l’intégration du dispositif de purification dans la ligne d’échappement.
Un troisième mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit, en référence aux figures 9 et 10. Seuls les points par lesquels ce troisième mode de réalisation se différencie du premier seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions dans les deux modes de réalisation seront désignés par les mêmes références.
La fixation 35 comprend une grille de support 123 s’étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à l’axe central C et des organes de fixation 125 de la grille 123 à la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15.
La grille 123 présente une grande face de grille 126 sur laquelle est rigidement fixé l’élément chauffant 33.
La grille de support 123 s’étend sensiblement sur toute la section droite de l’enveloppe tubulaire 15. Elle présente une perméabilité élevée au gaz d’échappement. Elle est métallique ou réalisée en céramique.
L’élément chauffant 33 n’est pas plaqué contre la grille de support 123. Un espace subsiste entre l’élément chauffant et la grille de support 123.
Les organes de fixation 125 sont par exemple des pattes venues de matière avec la grille de support et pliées contre la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15. Elles sont typiquement soudées à la surface interne 16 de l’enveloppe tubulaire 15.
L’élément chauffant 33 est rigidement fixé à la grille de support 123 par exemple par des tiges 127. Chaque tige 127 à une extrémité est rigidement fixée à l’élément chauffant 33. A son extrémité opposée, chaque tige 127 est engagée dans un orifice de fixation 129, correspondant à une maille de la grille (figure 10).
Si la grille de support 123 est électriquement isolante, les tiges 127 peuvent être réalisées dans un matériau électriquement isolant ou conducteur, mais si cette grille est électriquement conductrice, les tiges doivent être électriquement isolantes
L’isolant est typiquement une céramique (verre, oxyde de magnésium, oxyde d’alumine).
La grille de support 123 comporte par exemple une pluralité de barres 131 transversales, et une pluralité de barres 133 longitudinales perpendiculaires aux barres transversales 131 . Les barres transversales 131 sont disposées par paires, les deux barres transversales 131 d’une même paire présentant entre elles un écartement longitudinal réduit. Les paires de barres transversales 131 présentent entre elles un écartement longitudinal relativement plus grand.
De même, les barres longitudinales 133 sont disposées par paires, les deux barres longitudinales 133 d’une même paire présentant entre elles un écartement transversal réduit. Les paires de barres longitudinales 133 présentent entre elles un écartement transversal relativement plus grand.
Les orifices de fixation 129 sont définis par les croisements entre les paires de barres transversales 131 et les paires de barres longitudinales 133, comme illustré sur la figure 10.
Les tiges 127 sont réparties sur toute la surface de l’élément chauffant 33.
Les tiges 127 enchâssées dans la grille support 123 ont par exemple une forme avec une rainure agencée pour être coincée entre les barres 131 , 133. En variante, les tiges 127 sont soudées.
Un avantage de la fixation 35 utilisant des barres peu massives, en dehors de la contre pression faible, est une flexibilité permettant d’accompagner les dilatations thermiques de l’élément chauffant. Les barres, leurs formes et l’espacement entre les barres, sont choisis pour permettre la dilatation du support et de l’élément chauffant sans ajouter de contraintes.
Selon une variante applicable à tous les modes de réalisation de l’invention, l’élément chauffant 33 présente une pluralité de fentes traversantes 135 (visibles par exemple sur les figures 5, 6, 7), le dispositif de purification 1 comprenant un masque 137 disposé en vis-à-vis d’une des grandes faces 43, 45 de l’élément chauffant 33 et comportant des zones pleines 139 axialement en vis-à-vis des fentes 135 (figure 1 1 ).
On entend ici par fente traversante 135 une fente traversant l’élément chauffant 33 sur toute son épaisseur axiale, depuis la grande face 43 jusqu’à la grande face 45.
Chaque fente traversante 135 est débouchante sur la grande face 43 et sur la grande face 45. Elle constitue donc un chemin de fuite privilégié pour le gaz d’échappement à travers l’élément chauffant 33. Il est avantageux de limiter le débit de fuite à travers les fentes traversantes 135 pour améliorer la qualité du chauffage. Ceci est réalisé à l’aide du masque 137.
Le masque 137 présente une zone pleine 139 en vis-à-vis de chaque fente traversante 135. La zone pleine 139 présente sensiblement la même forme que la fente traversante 125 correspondante. Elle présente donc une forme allongée, sensiblement de même longueur et sensiblement de même largeur que la fente traversante 125 correspondante. Elle présente le même dessin que la fente traversante 125.
Le masque 137, entre les zones pleines 139, est évidé, de manière à ne pas créer de contre-pression excessive. Avantageusement, des entretoises 141 raccordent les zones pleines 139 entre elles, pour rigidifier le masque.
Au total, au moins 80% de la surface du masque 137 est de préférence évidé.
Dans l’exemple de la figure 1 1 , le masque 137 est venu de matière avec le cadre périphérique 105. En variante, le masque 137 est un organe mécaniquement indépendant de l’élément chauffant 33 et/ou de la fixation 35. Le masque 137 est par exemple une plaque rigidement fixée à l’enveloppe tubulaire 15.
Le masque 137 est placé en amont ou en aval de l’élément chauffant 33.
Selon une variante applicable à tous les modes de réalisation de l’invention, l’élément chauffant 33 présente des première et seconde zones 143, 145 raccordées électriquement à des première et seconde bornes 71 , 73 de l’alimentation électrique 21 , l’élément chauffant 33 présentant des fentes traversantes 147 définissant un unique parcours en S à travers l’élément chauffant 33 pour le courant électrique entre les première et seconde zones 143, 145 (figure 12).
Les première et seconde zones 143, 145 sont situées sur le bord extérieur 1 17 de l’élément chauffant 33, et sont symétriques l’un de l’autre par rapport à un centre géométrique de l’élément chauffant 33.
Le centre géométrique correspond au barycentre de tous les points de la plaque. Quand l’élément chauffant est circulaire, c’est le centre du cercle.
Les première et seconde zones 143, 145 divisent le bord extérieur 1 17 en deux parties opposées 149 et 151 .
On entend ici par fente traversante 147 une fente traversant l’élément chauffant 33 sur toute son épaisseur axiale, depuis la grande face 43 jusqu’à la grande face 45.
Chaque fente traversante 147 est débouchante sur la grande face 43 et sur la grande face 45.
Les fentes 147 sont toutes parallèles les unes aux autres. Elles s’étendent toutes suivant une direction transversale.
Les fentes 147 se succèdent longitudinalement, c’est-à-dire qu’elles sont toutes décalées longitudinalement les unes par rapport aux autres.
Chaque fente 147 s’étend transversalement à partir soit de la partie 149 soit de la partie 151 du bord extérieur 1 17. Elle est débouchante au niveau de ladite partie. Elle s’étend sur plus de 50 % de la largeur transversale de l’élément chauffant prise au niveau de ladite fente, de préférence sur plus de 75 % de la largeur. Les fentes 147 s’étendent alternativement à partir de la partie 149 et à partir de la partie 151 du bord extérieur 1 17. En d’autres termes, deux fentes 147 qui se succèdent longitudinalement vont s’étendre l’une à partir de la partie 149 et l’autre à partir de la partie 151 du bord extérieur 1 17.
Typiquement, les première et seconde zones 143, 145 sont sensiblement alignées longitudinalement. En variante, la ligne passant par les première et seconde zones 143, 145 fait un angle réduit avec la direction longitudinale, typiquement inférieur à 45°.
Le courant électrique suit donc un parcours comprenant une pluralité de branches transversales 153, raccordées les unes aux autres par des zones en U 155 orientées alternativement dans des sens opposés.
Le nombre de fentes 147 dépend de la taille de l’organe chauffant 33. Il est typiquement compris entre 4 et 20.
Chaque fente présente une largeur faible, par exemple comprise entre 1 et 3.
Les première et seconde zones 143, 145 sont typiquement des zones de bord renforcées, du type décrit plus haut.
Un élément chauffant offrant un tel parcours un S au courant électrique présente l’avantage que ses fréquences de résonnances sont relativement élevées, et sont nettement plus hautes que les fréquences d’excitation générées par le moteur thermique du véhicule. L’élément chauffant est donc peu sensible aux vibrations générées par le moteur, sa robustesse et sa durabilité étant améliorées en conséquence.
L’invention a été décrite ci-dessus pour un élément chauffant circulaire. L’élément chauffant en variante présente toute autre forme adaptée : ovale, en piste de course (« racetrack » en anglais), elliptique, rectangulaire, en écran de télévision (« TV screen » en anglais, à savoir rectangle avec coins et/ou bords arrondis), etc.
L’invention a été décrite ci-dessus pour un organe de chauffage monté dans la même enveloppe tubulaire qu’un organe de purification de gaz d’échappement. En variante, l’organe de chauffage et l’organe de purification de gaz d’échappement sont montés dans des enveloppes tubulaires différentes, raccordées fluidiquement par un conduit.
Selon une variante avantageuse, applicable à tous les modes de réalisation, l’élément chauffant 33 présente au moins une fente traversante inclinée de 5 à 30° par rapport à l’axe C. Typiquement, l’élément chauffant 33 présente plusieurs fentes traversantes inclinées de 5 à 30° par rapport à l’axe C. Ces fentes sont débouchantes sur la grande face 43 et sur la grande face 45.
Chaque fente est de forme allongée, le long d’une ligne centrale rectiligne ou sinueuse. Les sections droites de la fente, prises perpendiculairement à la ligne centrale, sont délimités par deux bords opposés, sensiblement parallèles l’un à l’autre. Ces deux bords forment avec l’axe C chacun un angle compris 5 et 30°.
Ceci a pour avantage de dévier le gaz d’échappement traversant l’élément chauffant et d’augmenter la surface de contact entre le gaz et l’élément chauffant. Ceci permet d’améliorer les transferts thermiques entre le gaz et l’élément chauffant.
Dans tous les modes de réalisation de l’invention et dans toutes les variantes de réalisation envisagée, une couche d’isolant électrique est avantageusement disposée dans les éventuelles fentes traversantes ménagées dans l’élément chauffant, de manière à guider le courant électrique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de purification de gaz d’échappement d’un véhicule, le dispositif de purification (1 ) comprenant :
- une enveloppe tubulaire (15) présentant une surface interne (16) et ayant un axe central
(C) ;
- un organe de chauffage électrique (19) logé dans l’enveloppe tubulaire (15), l’organe de chauffage (19) comprend un élément chauffant (33) en un matériau électriquement conducteur et perméable aux gaz d’échappement ;
- une alimentation électrique (21 ) alimentant électriquement l’organe de chauffage (19) ;
- une fixation (35) de l’élément chauffant (33) directement à la surface interne (16).
2. Dispositif de purification selon la revendication 1 , dans lequel l’élément chauffant (33) est en une mousse, l’élément chauffant (33) ayant une partie centrale (89) dans lequel la mousse présente une première densité et au moins une zone de bord renforcée (91 ) dans lequel la mousse présente une seconde densité supérieure à la première, la fixation (35) fixant la ou chaque zone de bord renforcée (91 ) à la surface interne (16).
3. Dispositif de purification selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la fixation (35) comprend au moins une plaque de support (93, 95) s’étendant le long d’une tranche (49) de l’élément chauffant (33) et rigidement fixée à la ou une zone de bord renforcée (91 ) de l’élément chauffant (33).
4. Dispositif de purification selon la revendication 3, dans lequel la fixation (35) comprend une pluralité de plots (97) fixant rigidement la ou chaque plaque de support (93, 95) à la surface interne (16).
5. Dispositif de purification selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la fixation (35) comprend une couche (37) d’un matériau isolant électriquement, interposée entre l’élément chauffant (33) et la surface interne (16), la couche de matériau isolant électriquement (37) comprenant avantageusement une partie cylindrique (39) interposée radialement entre une tranche (49) de l’élément chauffant (33) et la surface interne (16).
6. Dispositif de purification selon la revendication 5, dans lequel la couche de matériau isolant électriquement (37) comprend au moins une partie annulaire (41 ) interposée axialement entre une grande face (43, 45) de l’élément chauffant (33) et la surface interne (16).
7. Dispositif de purification selon l’une quelconque des revendications 5 à 6, dans lequel la fixation (35) comprend un cadre périphérique (105) entourant l’élément chauffant (33) et fixé à l’enveloppe tubulaire (15), la couche de matériau isolant électriquement (37) étant directement interposée entre le cadre (105) et l’élément chauffant (33).
8. Dispositif de purification selon la revendication 7, dans lequel le cadre périphérique (105) est divisé en deux demi-cadres (1 1 1 ) disposés axialement de part et d’autre de l’élément chauffant (33), chaque demi-cadre (1 1 1 ) comprenant un bord périphérique (1 13) interposé entre la tranche (49) de l’élément chauffant (33) et la surface interne (16), les deux bords périphériques (1 13) étant emboîtés axialement l’un dans l’autre.
9. Dispositif de purification selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la fixation (35) comprend au moins un organe de fixation (1 15) rigidement fixé à l’élément chauffant (33) à distance d’un bord extérieur (1 17) de l’élément chauffant (33), le ou chaque organe de fixation (1 15) ayant des extrémités (1 19) en saillie axialement de part et d’autre de l’élément chauffant (33), le cadre périphérique (105) comprenant des bras (121 ) rigidement fixés aux extrémités (1 19) du ou de chaque organe de fixation (1 15).
10. Dispositif de purification selon la revendication 7 à 9, dans lequel l’enveloppe tubulaire (15) présente des orifices de soudage au niveau du cadre périphérique (105) et des soudures solidarisant le cadre périphérique (105) à l’enveloppe tubulaire à travers les orifices de soudage.
11. Dispositif de purification selon la revendication 7 à 10, dans lequel le cadre périphérique (105) est un élément de l’enveloppe tubulaire (15).
12. Dispositif de purification selon l’une quelconque des revendications 5 à 1 1 , dans lequel la couche (37) de matériau isolant électriquement comprend deux sous-couches superposées l’une sur l’autre.
13. Dispositif de purification selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la fixation (35) comprend une grille de support (123) s’étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à l’axe central (C) et des organes de fixations (125) de la grille (123) à la surface interne (16), la grille (123) présentant une grande face de grille (126) sur laquelle est rigidement fixé l’élément chauffant (33) au moyen de tiges isolées électriquement (127).
14. Dispositif de purification selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément chauffant (33) présente une pluralité de fentes traversantes (135), le dispositif de purification (1 ) comprenant au moins un masque (137) disposé en vis-à-vis d’une grande face (43, 45) de l’élément chauffant (33) et comportant des zones pleines (139) axialement en vis-à-vis des fentes (135).
15. Dispositif de purification selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément chauffant (33) présente des première et seconde zones (143, 145) raccordées électriquement à des première et seconde bornes (71 , 73) de l’alimentation électrique (21 ), l’élément chauffant (33) présentant des fentes traversantes (147) définissant un unique parcours en S à travers l’élément chauffant (33) pour le courant électrique entre les première et seconde zones (143, 145).
16. Dispositif de purification selon la revendication 15, dans lequel les première et seconde zones (143, 145) sont situées sur un bord extérieur (147) de l’élément chauffant
(33), et sont symétriques l’un de l’autre par rapport à un centre géométrique de l’élément chauffant (33).
17. Dispositif de purification selon la revendication 15 ou 16, dans lequel les fentes (147) sont toutes parallèles les unes aux autres.
18. Dispositif de purification selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément chauffant (33) présente au moins une fente traversante (135) inclinée de 5 à 30° par rapport à l’axe C.
19. Procédé de fabrication d’un dispositif de purification selon la revendication 10, le procédé comprenant une étape de fixation du cadre périphérique (105) à l’enveloppe tubulaire (15) par soudage à travers des orifices de soudage ménagés dans l’enveloppe tubulaire (15) au niveau du cadre périphérique (105).
20. Ligne d’échappement comprenant un dispositif de purification selon l’une quelconque des revendications 1 à 18.
21. Véhicule comprenant une ligne d’échappement selon la revendication 20.
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