Brevet FR2467975A1 — publié le 19810430

1. Les convertisseurs catalytiques de gaz d'échappement du type monolithique sont largement utilisés et ont typique- ment leur élément céramique monté dans un tamis en fil élasti- que tricoté qui reçoit la céramique et permet une dilatation et une contraction du logement métallique. Dans certaines con- ditions de fonctionnement, en particulier dans le cas o les réglages du moteur se sont dégradés, des températures exces- sives peuvent être atteintes dans le convertisseur. De telles températures peuvent provoquer l'oxydation ou même la fusion du tamis et par conséquent la perte de sa résistance mécanique et de son élasticité, ce qui a pour effet de réduire l'accro- chage du tamis sur l'élément céramique. La céramique se déta- che alors et se détruit d'elle-même. Le tamis permet égale- ment une certaine fuite des gaz d'échappement. La fuite non seulement va à l'encontre de la fonction du convertisseur dans le contrôle de la pollution, mais accélère l'oxydation du tamis. La présente invention concerne un moyen permettant d'éviter virtuellement les fuites dans un convertisseur cata- lytique de gaz d'échappement et de réduire la température à laquelle le tamis en fil entourant la céramique monolithique est exposé.Cet objet, ainsi que d'autres objets sont atteints par application d'une bande circonférentielle en matériau de matage intumescent, résistant aux hautes températures, direc- 2. tement en contact avec le tamis et sensiblement sur son épaisseur avant que l'élément céramique et le tamis ne soient montés dans le logement du convertisseur. Le matériau de mata- ge comprend de préférence des fibres céramiques, par exemple en oxyde d'aluminium, dans lesquelles des particules de vermicu- lite sont mélangées. Les particules de vermiculite se dilatent de nombreuses fois lorsque l'unité assemblée est d'abord chauffée à une température d'environ 5300C et restent dans leur état dilaté. Après dilatation, le matériau de matage con- serve une élasticité suffisante pour maintenir l'étanchéité et éviter les fuites de gaz, en dépit des cycles répétés de chauffage et de refroidissement du convertisseur. Lorsque le matériau intumescent est utilisé seul, il a tendance à perdre une partie de son élasticité après un grand nombre de cycles de chauffage et de refroidissement. Cependant, lorsqu'il est injecté dans la matrice du tamis, il est renforcé par celui- ci et reste capable de se dilater et de se contacter pendant les cycles de la température. Des essais d'un convertisseur modifié selon la présente invention ont montré que non seule- ment les fuites étaient évitées, mais encore que la tempéra- ture du tamis métallique était sensiblement réduite. De façon tout à fait inattendue, la température de la surface exté- rieure du matériau monolithe ainsi que la température de la paroi intérieure du logement ou carcasse étaient très inférieu- res aux températures obtenues avec quatre autre convertisseurs essayés en même temps, qui étaient identiques à l'exception de quelques modifications dans le montage et l'étanchéité.Par exemple, pour une température des gaz d'admission de 8250C, température qui correspond à une marche à grande vitesse avec papillon presque entièrement ouvert et charge importante,la surface intérieure du logement avait des températures en amont, au centre et en aval égales respectivement à 6850C, 5600C et 5300C, respectivement. L'autre convertisseur le plus proche (revêtu de matériaudit Fiberfrax et monté dans un tamis métallique avec des cordages d'extrémité) avait des températu- res de 7150C, 6630C et 615'C dans des conditions de fonction- nement similaires. Lorsqu'on compare le convertisseur de la 3. présente invention à la moyenne des quatre autres convertis- seurs pour une température à l'admission de 400'C, on trouve que la paroi intérieure du logement a une température plus basse de 17, 36 et 19'C plus basse à ses parties amont, cen- trale et avale, respectivement. Ces valeurs pour une tempéra- ture d'admission de 7320C sont de-260, 1110 et 910C. Enfin, pour une température d'admission de 8250C, les valeurs sont les suivantes: 28 , 114 et 980C. Bien qu'on n'ait essayé qu'un seul mode de réalisa- tion comprenant une bande étroite de matériau de matage intu- mescent placé à proximité du centre, on suppose que des ré- sultats satisfaisants seraient également obtenus si la bande était beaucoup plus large ou si elle était placée près d'une extrémité, ou si plusieurs bandes étaient utilisées. Comme l'extrémité en aval du logement du convertisseur d'essai semblait rester plus froide que l'extrémité amont, il semble préférable de placer une seule bande de matage plus près de l'extrémité d'admission. Cependant, le tamis et l'élément mono- lithique seront protégés tant que l'élasticité du tamis et un contact ferme avec l'élément monolithique seront maintenus tout au moins en un endroit de la longueur de l'élément. La présente invention sera décrite en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue de dessus d'un convertis- seur catalytique selon la présente invention; La figure 2 est une vue avant en coupe prise le long de la ligne 2-2 de la figure 1; La figure 3 est une vue en bout du convertisseur de la figure 1; et La figure 4 représente des courbes de la températu- re en fonction de la position du thermocouple pour des conver- tisseurs recevant à leur orifice d'admission des gaz d'échap- pement ayant une température de 8250C. Dans les dessins, les figures 1 à 3 représentent un type de logement extérieur 10 utilisé pour contenir et supporter un élément catalytique en céramique monolithique 12. Le logement comprend des moitiés supérieure et inférieure 4. identiques 16 comportant des flasques latéraux soudés 16' et des flasques de support d'entrée et de sortie 18, 20 contenant des ouvertures 18', 20' permettant de fixer l'unité à un système d'échappement. Entourant l'élément céramique 12, et le recevant, se trouve une couverture en trémis à fil tricoté 24 qui est comprimée partiellement sur sa longueur. L'élément est représenté comme ayant une forme ronde, mais il pourrait avoir une forme ovale ou une autre forme si on le souhaitait. De plus, des parties à nervures 16" sont pré- vues pour comprimer encore le tamis 24 et assurer que l'élé- ment 12 sera suffisamment accroché pour ne pas tourner ou se déplacer dans le sens longitudinal. La description précé- dente concerne une structure connue. La présente invention consiste à ajouter une bande 26 en matériau intumescent ré- sistant aux hautes températures qui contient des fibres cé- ramiques sous forme de pâte ou de matériau de-matage à l'in- térieur de la matrice maillée métallique 24. Le matériau de matage utilisé était une bande de 9,5 mm de large en pâte à base d'eau constituée de fibres d'oxyde d'aluminium et de grains de vermiculite vendue par la société dite 3M sous la marque Interam. La bande représentait moins de 10 % de la longueur de l'élément 12,laquelle était égale à 14 cm. Bien que dans un essai, une bande relativement étroite ait été appliquée juste en amont du centre du logement 16, on peut s'attendre à ce qu'une bande plus large fonctionne aussi bien. On pourrait également s'attendre à ce que, en se basant sur le fait que la paroi de l'enveloppe intérieure était beaucoup plus froide que dans les autres types de construction essa- yés du côté aval plutôt que du côté amont de la bande, le placement de la bande près de l'extrémité amont serait préfé- rable. Les constructions auxquelles la-réalisation perfec- tionnée a été comparée avaient les caractéristiques suivan- tes: un échantillon "A" comportait une couverture en tamis métallique sans cordages extrêmes; un échantillon "B" était identique à l'échantillon "A" sauf toutefois en ce qui con- cerne les parties extrêmes; un échantillon "C" était iden- 5. tique à l'échantillon "D" sauf toutefois que l'élément cérami- que était usiné pour enlever une épaisseur de 3,2 mm sur son diamètre et qu'un revêtement en Fiberfrax d'épaisseur corres- pondante était ajouté; un échantillon "D" était identique à-l'élément "B", sauf toutefois que 7,5 % des cellules (les deux rangées périphériques) étaient bouchées avec une colle. La figure 4 représente des courbes de la température à l'inté- rieur de l'enveloppe ou logement à l'avant, au centre et à l'arrière, température mesurée par des thermocouples TF, TC et TR, respectivement, lorsque les gaz d'échappement entrant dans l'orifice d'admission des convertisseurs avaient une température égale à 8220C. Les thermocouples étaient placés longitudinalement à la surface intérieure de l'enveloppe 24, comme cela est représenté en figure 2. L'abaissement impor- tant de la température de l'enveloppe intérieure dans la cons- truction de la présente invention apparaît en figure 4, o la construction de la présente invention est l'échantillon E. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles provien- nent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métri- ques. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 6. REVENDICATIONS 1 - Convertisseur catalytique d'un type comportant un élément catalyseur monolithique en céramique maintenu à l'intérieur d'un logement métallique par une couverture en ta- mis métallique élastique comprimé,. caractérisé en ce qu'une bande circonférentielle de matériau intumescent contenant des fibres céramiques est placée à l'intérieur de la couverture et sur son épaisseur, en au moins un endroit situé sur la lon- gueur axiale de l'élément catalyseur, la bande de matériau intumescent pouvant se dilater lorsqu'elle est chauffée de façon à bloquer toute fuite longitudinale en dérivation dans le tamis. 2 - Convertisseur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la bande de matériau intumescent, lorsqu'el- le est appliquée, contient des particules de mica et des fi- bres céramiques dans une pâte à base d'eau. 3 - Convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bande a une étendue axiale inférieure à 10 % de la longueur de l'élément catalyseur. 4 -Convertisseur selon la revendication l,caracté- risé en ce que la bande de matériau intumescent est placée plus près de l'extrémité d'entrée du convertisseur que de l'extrémité de sortie. - Procédé de réduction des fuites de gaz en déri- vation et de la température d'un tamis métallique dans un con- vertisseur catalytique du type monolithique, o l'élément catalyseur monolithique est monté dans un logement métallique et est en contact élastique avec une couverture comprimée en tamis métallique, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape d'injection d'une bande circonférentielle en matériau de mata- ge intumescent visqueux, résistant aux hautes températures dans les interstices du tamis avant que le tamis et l'élément monolithique ne soient montés dans le logement, le matériau de matage étant prévu pour se dilater sous l'effet des gaz d'échappement chauds auxquels le convertisseur est soumis pendant son utilisation. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé 7. en ce que le matériau de matage est injecté sensiblement sur toute l'épaisseur de la couverture à mailles. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau de matage est appliqué de façon que son étendue axiale soit inférieure à 10 % de la longueur de l'élément catalyseur monolithique.