Brevet FR2466268A1 — publié le 19810410

La présente invention est relative aux convertis- seurs catalytiques et elle concerne plus particulièrement les catalyseurs du type comprenant un élément avec lequel les gaz à purifier sont mis en contact, et qui est consti- tué par un élément céramique monobloc en nid d'abeille. De tels éléments sont de façon caractéristique montés dans un carter ou une enveloppe rigide en acier inoxydable compor- tant à ses extrémités opposées des chambres d'entrée et de sortie destinées à incorporer l'ensemble à un système d'é- chappement. Pour contribuer à résister aux variations dimensionnelles qui se produisent entre le bloc de cérami- que et le carter durant les cycles de chauffage et de re- froidissement une couche ou un garnissage d'un tissu com- primé de fils de métal est habituellement prévu dans l'espace compris entre l'élément monobloc et le carter. Le tissu métallique présente une grande surface de contact avec les côtés de l'élément monobloc, et l'on suppose que ceci permet d'exercer une farce élastique suffisante au cours de la durée de vie de l'ensemble pour résister au déplacement axial de l'élément monobloc sous l'action des impulsions des gaz d'échappement. Lorsque la surface de contact et la pression de contact diminuent, par exemple lorsque le tissu métallique perd son élasticité en raison d'une surchauffe ou par oxydation, le bloc peut être dé- truit. Cette destruction se produit par suite de l'attri- tion résultant des chocs des extrémités mal soutenues du bloc contre les extrémités du carter, sous l'action de la pression due aux impulsions des gaz d'échappement. - La suppression d'un tissu et d'un lourd carter métalliques permettrait de réaliser des économies notables en poids comme en coût de fabrication catalytique,. L'invention a en conséquence pour but de réaliser un convertisseur catalytique ne comportant pas d'enveloppe ou carter en métal ni un tissu métallique autour de l'élé- ment monobloc. Elle a également pour but de réaliser un convertisseur catalytique éliminant les fuites par dériva- tion, pouvant supporter des augmentations considérables de contrepression et permettant un remplacement simple de l'élément monobloc. A cet effet l'invention a pour objet un ensemble de catalyseur catalytique du type défini en tête de ce mémoire dans lequel un élément monobloc est monté entre deux supports d'extrémité au moyen de plusieurs éléments tels que des boulons, sollicités élastiquement. Les bords périphériques des extrémités de l'élément monobloc sont de préférence en contact avec des garnitures pour hautes températures qui peuvent être réalisées en céramique ou en fibres de métal ou en une combinaison de ces matériaux. Les garnitures répartissent également les forces de con- tact d'extrémité sur l'élément monobloc et empêchent les fuites par dérivation. L'absence de carter facilite le refroidissement du bloc de céramique et réduit la possi- bilité d'une destruction de celui-ci par la chaleur. Les dispositifs de fixation particuliers utilisant des bou- lons et des ressorts supportent de grandes variations de pression interne telles que celles provoquées par un retour d'allumage pouvant provoquer des pressions de l'or- dre de 1,4 à 2,1 kg/cm. Cette fixation facilite également considérablement le remplacement de l'élément monobloc si celui-ci vient à être détérioré, par exemple par contamination du catalyseur ou par fusion. Bien que le convertisseur sans carter suivant l'invention puisse être utilisé en remplacement d'un convertisseur classique dans de nombreuses applications, l'une de celles-ci dans laquelle il peut être plus parti- culièrement avantageux est le montage entre un bloc mo- teur et son collecteur d'échappement. Dans une telle application, la mise en action du catalyseur doit être extrêmement rapide, étant donné la proximité entre l'élé- ment catalyseur et les chambres de combustion et l'isola- tion assurée par le collecteur massif en métal qui dans un moteur froid absorbe normalement la plus grande partie de la chaleur provenant du blocmoteur. On diminue ainsi considérablement la quantité de polluantslibérés dans l'atmosphère lors d'un démarrage à froid. La fixation sans carter de l'élément de catalyseur diminue également le risque d'une surchauffe et d'une détérioration de cet élé- ment. L'invention va être décrite plus en détail ci- dessous en se référant aux dessins annexés donnés unique- ment à titre d'exemples et dans lesquels; - la Fig. 1 est une vue en élévation latérale et;-en coupe partielle d'un dispositif perfectionné suivant l'in- vention de montage d'un élément de catalyseur; la Fig. 2 est une vue en bout de l'ensemble repré- senté à la Fig. 1. En se référant au dessin, la référence 10 désigne dans son ensemble un mode de réalisation préféré de l'in- vention qui comprend une chambre d'entrée 12, une chambre de sortie 14, un élément monobloc 16 de support de cataly- seur en céramique, deux garnitures annulaires 18, plusieurs tirants.filetés 20 et des ressorts 22 qui sollicitent élas- tiquement les chambres ou collecteurs 12, 14 l'un vers l'autre. Les tirants filetés 20, leurs têtes 20' et des écrous 21 sont en appui contre des collerettes périphéri- ques 24, 26 des chambres 12, 14 et appliquent élastique- ment les chambres en contact d'étanchéité avec les garni- tures 18 et l'élément 16 sous l'action des ressorts de compression 22. Les chambres comportent des parties en retrait ou feuillures 12', 14' dans lesquelles sont lo- gées les garnitures 18 et qui empêchent un déplacement radial de l'élément 16. La force élastique excercée par les ressorts 22 doit être suffisante pour absorber en cours de fonctionnement toute dilatation thermique des tirants filetés métalliques 20 par rapport à l'élément 16 en céramique, et doit être suffisante pour résister à la pression des impulsions des gaz d'échappement tel. qu'un retour de flamme ou d'allumage. La construction pro- posée permettant aux tirants 20 de rester relativement froids, les ressorts 22 peuvent également être constitués par des rondelles ondulées dans les applications dans lesquelles la dilatation à absorber est relativement fai- ble. Les quantités de chaleur prévues déterminent le type de matériau utilisé pour la fabrication. Par exemple les tirants filetés 20 peuvent être réalisés en acier au car- bone lorsqu'il n'est pas prévu des températures extrême- ment élevées. Dans le cas de températures élevées il est préférable d'utiliser des tirants en inconel. Les chambres 12, 14 sont de préférence en acier inoxydable tandis que les garnitures 18 peuvent être formées de fibres de céra- mique, de fibres de métal ou d'une combinaison de ces deux matériaux. Bien que l'ensemble 10 soit représenté de forme circulaire il peut bien entendu avoir d'autres for- mes, par exemple une forme ovale. REVENDICATIONS 1. Ensemble de convertisseur catalytique caracté- risé en ce qu'il comprend un premier support d'extrémité (12), un élément monobloc de support de catalyseur, en cé- ramique (16) délimitant des conduits d'écoulement parallè- les, un second support d'extrémité (14), au moins une gar- niture annulaire (18) recouvrant une partie d'au moins l'un des supports d'extrémité (12, 14) ledit élément (16) de support de catalyseur étant disposé entre lesdits pre- mier et second supports d'extrémité (12, 14) et en con- tact d'étanchéité avec au moins une garniture (18), au moins trois organes de fixation (20, 21) et au moins trois ressorts (22) également espacés autour de la surface exter- ne dudit élément (16) de support du catalyseur, lesdits organes de fixation (20, 21) et le ressort (22) étant montés sur lesdits supports d'extrémité (12,14) de façon à excercer sur ceux-ci une force élastique tendant à les attirer l'un vers l'autre et en contact d'étanchéité avec ledit élément (16) de support du catalyseur et avec au moins une garniture (18) disposée entre ceux-ci. 2. Ensemble de convertisseur catalytique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits supports d'extrémité (12,14) délimitent des chambres d'entrée et de sortie dont les parties dirigées l'une vers l'autre comportent chacune une cavité annulaire (12', 14') adap- tée pour recevoir une garniture annulaire (18). 3. Ensemble de convertisseur catalytique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits organes de fixation sont des tirants (20) constitués par des boulons allongés et des écrous (21).