Brevet FR2585071A1 — publié le 19870123

La présente invention concerne les pots d'échappement catalytiques qui comportent à l'inté- rieur d'une enveloppe métallique délimitant des chambres d'entrée et de sortie des gaz, un corps en matériau céramique, de type nid d'abeille ou analogue, qui assure le traitement des gaz et doit par conse- quent être traversé par la totalité de ceux-ci. Or, il est bien connu que la céramique est un matériau ex- trêmement fragile et il est donc nécessaire de la protéger contre les risques de détérioration dus aux vibrations subies par le pot d'échappement ou à la dilatation différentielle entre la céramique et son enveloppe. Dans ce but, le corps en céramique est gé- néralement maintenu à l'intérieur de l'enveloppe par un treillis métallique qui assure sa suspension. Malheureusement, ces treillis métalliques ne résistent pas aux températures élevées, pouvant at- teindre 800 à 1 000'C, auxquelles sont portés les gaz d'échappement. Un joint d'étanchéité est donc neces- saire pour isoler le treillis métallique de la chambre d'entrée des gaz. On constate toutefois que ce joint à tendance à se détériorer ce qui entraine la dété- rioration du treillis lui-même de sorte que non seu- lement le maintien du corps en matériau céramique n'est plus assuré mais qu'une partie des gaz d'échap- pement peut s'écouler autour du corps en matériau céramique dans l'espace qui le sépare de l'enveloppe, c'est-à-dire ne pas être traitée. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un pot d'échappe- ment catalytique qui présente une grande sécurité de fonctionnement et notamment de maintien du corps en céramique. Cette invention a en effet pour objet un pot d'échappement catalytique comprenant au moins un corps en matériau céramique, de type nid d'abeille ou analogue enfermé à l'intérieur d'une enveloppe métallique et délimitant avec celle-ci des chambres d'entrée et de sortie des gaz, qui comporte entre cha- que corps en céramique et l'enveloppe un matelas de fibres présentant une grande résistance aux températu- res élevées, ce matelas étant pratiquement dépourvu de liant et exempt d'eau de constitution et étant forte- ment comprimé, et un joint d'étanchéité entourant l'extrémité du corps en matériau céramique qui est proche de la chambre de sortie. La constitution du matelas de fibres de même que sa compression lui permet non seulement d'assurer l'absorption des dilatations différentielles etlou des vibrations, mais également de former une barrière contre le passage des gaz entre le corps céramique et l'enveloppe, ce qui assure une grande efficacité au pot d'échappement même à des températures très élevées. Selon une caractéristique de l'invention, le matelas de fibres entoure la totalité du corps en cé- ramique. Le joint d'étanchéité peut être constitué. par un cordon tressé serré de fibres très résistantes aux températures élevées, analogues à celles qui cons- tituent le matelas ou par un matériau thermoexpansi- ble. Selon une autre forme de réalisation, le matelas est réalisé en deux parties qui ont chacune une longueur proche de celle de l'une des portions de grand diamètre du corps en céramique, et sont espacées l'une de l'autre. La description ci-dessous de modes de réa- lisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés fera d'ailleurs res- sortir les avantages et caractéristiques de l'in- vention. Sur ces dessins: - la Figure 1 est une vue schématique, en coupe axiale, d'un pot d'échappement selon l'inven- tion; - la Figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la Figure 1; - la Figure 3 est une vue analogue à la Figure 2 d'une variante de réalisation. Le pot d'échappement catalytique représenté comporte de la manière habituelle une enveloppe 1 de section transversale sensiblement elliptique dont les deux extrémités 2 et 4 ont des diamètres progressive- ment décroissants pour être fixés sur des tubulures 6 et 8 respectivement d'entrée et de sortie des gaz d'échappement. Chacune des tubulures 6 et 8 portant de préférence une bride 10 de fixation sur la tuyauterie. A l'intérieur de l'enveloppe 1 est monté un corps 12 qui a une section transversale elliptique analogue à celle de la partie centrale 14 de l'enve- loppe 1, mais avec des diamètres légèrement infé- rieurs. Ce corps 12 délimite ainsi avec les parties rétrécies 2 et 4 de l'enveloppe 1. des chambres 16 et 18 respectivement d'entrée et de sortie des gaz. IL met en outre ces chambres 16 et 18 en communication l'une avec l'autre car il comporte de multiples canaux internes par exemple en nid d'abeille. Entre le corps céramique 12 et l'enveloppe 14 est interposé un matelas de fibres fortement com- primé qui assure la suspension du corps 12. Le matelas , 22 est constitué par des fibres dites longues ayant par exemple des diamètres de 2 à 10)1' et pré- sentant une grande résistance aux températures élevées ainsi qu'à la plupart des agents corrosifs en atmosphère oxydante ou réductrice. En outre, le ma- telas de fibres ne contient qu'une très faible quan- tité de liant de préférence inférieure à 2Z et pra- tiquement pas d eau de constitution. Des matelas particulièrement appropriés sont par exemple ceux réalisés à partir de fibres composées à base de ma- gnésie et/ou de chaux et/ou d'alumine et/ou de silice, et notamment la fibre de céramique vendue par la Société Carborandum sous le nom "Fibermax Buck Fiber". Le matelas est en outre fortement comprimé sous une pression de l'ordre de deux tonnes qui réduit son épaisseur à un quart ou un cinquième de sa valeur initiale. Dans le mode de réalisation représenté sur la Figure 2, le matelas est réalisé en deux parties juxtaposées qui recouvrent chacune la moitié de la surface extérieure du corps céramique 12 et sont serrées l'une contre l'autre dans l'enveloppe 1. Un joint d'étanchéité 24 est par ailleurs monté autour du corps céramique 12 à proximité de la chambre de sortie 18 des gaz d'échappement qu'il sé- pare du matelas 20, 22. Ce joint peut être réalisé en tous matériaux appropriés, mais il est de préférence constitué par un cordon de fibres tressées serré, formé par des fibres analogues à celles qui consti- tuent le matelas, c'est-à-dire des fibres résistant très bien aux températures élevées et présentant éga- lement une grande résistance aux agents corrosifs, ou par une bande de matériau thermoexpansible tel que le papier thermoexpansible commercialisé par la Société Carborandum sur la dénomination "Fiberfrax XPE-3100 Paper". Cette bande est simplement enroulée autour du corps 12, les extrémités étant coupées en tenons et mortaises pour assurer l'étanchéité. Selon la variante de réalisation représentée sur la Figure 3, le matelas est réalisé en deux par- ties 30 et 32 qui sont espacées et ne recouvrent qu'une partie du corps céramique 12, chacune des parties 30, 32 du matelas s'étendant cependant sur une longueur suffisante pour recouvrir au moins la majeure partie de la surface de grand diamètre du corps 12. Dans le mode de réalisation de la Figure 3, chaque partie du matelas s'étend en fait sur la totalité de la surface de grand diamètre de ce corps 12, et même se prolonge sur une portion de la surface de petit diamètre. Un espace 34, 36 est ainsi ménagé en deux points opposés de la section transversale du pot d'échappement entre les deux matelas 30 et 32. Dans ce mode de réalisation comme dans le précédent, les matelas 30 et 32 sont fortement com- primés et cette compression jointe à la nature des fibres qui les constituent leur permet non seulement de résister à des températures élevées telles que celles des gaz d'échappement pénétrant dans la chambre d'entrée 16 mais également de jouer un rôle de joint d'étanchéité interdisant le passage de ces gaz chaud autour de la céramique 12. Bien entendu, les espaces 34 et 36 laissent passer un flux de gaz mais celuici est arrêté de manière extrêmement sure par le joint 24 qui leur interdit la pénétration dans la chambre de sortie 18 et les oblige à traverser la céramique 12. Les matelas 20 et 22 eux assurent une étan- chéité presque totale. Dans tous les cas, les gaz qui atteignent le joint d'étanchéité 24 ont été consi- déralbement refroidis et sont à une température ne- tement inférieure à celle de la chambre d'entrée 16. Les risques de détérioration de ce joint sont donc extrêmement réduits. Le pot d'échappement présente donc une ex- cellente tenue à la température, ce qui lui permet d'être utilisé longtemps avec une grande efficacité. Son montage s effectue par ailleurs de ma- nière extrêmement simple. En effet, les matelas 20, 22 ou 30, 32 dont l'épaisseur initiale est de l'ordre de 20 mm sont d abord placés sur la surface extérieure du corps céramique 12 en laissant à l'extrémité de celui-ci, la place du joint d'étanchéité 24. Ce joint est ensuite mis en place autour du corps 12, puis l'ensemble est introduit dans l'une 26 des demi-coquilles destinée à former l'enveloppe 1. La seconde demi-coquille 28 est alors appliquée avec une pression de quelques tonnes sur le matelas opposé à la demi-coquille 26 et serrée jusqu'au moment o elle vient en contact avec cette demi-coquille, les matelas 20, 22 ou 30, 32 ayant alors une épaisseur de l'ordre de 4 à 5 mm. A ce moment, les coquilles 26 et 28 sont soudées l'une sur l'autre et le pot d'échappement forme un ensemble unitaire et cohérent prêt à être monté en place. Bien que l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit concerne un pot d'échappement ne compor- tant qu'un seul corps en céramique 12, il est bien évident qu'un pot d'échappement selon l'invention peut comporter plusieurs corps analogues montés dans la même enveloppe de façon à être traversés successive- ment par les gaz d échappement et maintenus chacun par l'intermédiaire d'un matelas de fibres comprimé, en une seule ou en plusieurs parties, et un joint d'étan- chéité 24 à leur extrémité la plus proche de la chambre de sortie des gaz. REVENDICATIONS 1 - Pot d'échappement catalytique comportant au moins un corps en céramique, de type nid d'abeille enfermé à l'intérieur d'une enveloppe métallique (1) et délimitant avec celle-ci des chambres d'entrée et de sortie (16, 18), caractérisé en ce qu'il comporte entre chaque corps en céramique (12) et l'enveloppe (1) un matelas (20, 22, 30, 32) de fibres très ré- sistantes aux températures élevées, ce matelas étant pratiquement dépourvu de liant et exempt d'eau de constitution et étant fortement comprimé, et un joint d'étanchéité (24) entourant l'extrémité du corps en céramique la plus proche de la chambre de sortie (18). 2 - Pot d'échappement suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le matelas (20, 22, , 32) est constitué par des fibres longues telles que des fibres composées à base de magnésie et/ou de chaux et/ou de silice et/ou d'alumine. 3 - Pot d'échappement suivant l'une des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matelas (20, 22) entoure la totalité de la surface du corps en matériau céramique (12). 4 - Pot d'échappement suivant l'une des re- vendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matelas comporte deux parties (20, 22 - 30, 32) qui recouvrent chacune au moins la majeure partie de l'une des surfa- ces de grand diamètre du corps en céramique (12). - Pot d'échappement suivant la revendi- cation 4, caractérisé en ce que chaque partie du ma- telas (30, 32) s'étend sur l'une des surfaces de grand diamètre du corps (12) et sur seulement une portion des surfaces de petit diamètre adjacentes, un espace (34, 36) étant laissé libre entre les deux matelas. 6 - Pot d'échappement suivant l'une des re- vendications 1 à 5, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (24) est constitué par un cordon de fi- bres à haute résistance aux températures qui est tressé serré. 7 - Pot d'échappement suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (24) est une bande de matière thermo- expansible. 8 - Pot d'échappement suivant l'une des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que le matelas (20, 22, 30, 32) a une épaisseur de l'ordre de un quart ou un cinquième de son épaisseur initiale avant compression. 9 - Pot d'échappement suivant l'une des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que le matelas (20. 22, 30, 32) est constitué par des fibres résistant à-une température supérieure à 1 000*C ainsi qu'aux agents corrosifs en atmosphère oxydante ou réductrice.