Brevet FR2609308A1 — publié le 19880708

Dispositif pour l'épuration catalytique des gaz d'échappement de moteurs de véhicules La présente invention concerne un dispositif pour l. 'épuration catalytique des gaz d'échappement de moteurs de véhicules, du genre comprenant: - Une enveloppe qui comporte à chacune de ses deux extrémités une zone de raccordement pour un tuyau d'échappe- ment, ainsi qu'une zone de transition entre chaque zone de raccordement concernée et une zone destinée à recevoir les blocs catalytiques; - Au moins un bloc qui est muni d'un revêtement à action catalytique et qui est maintenu dans l'enveloppe dans la zone destinée à recevoir ces blocs; - Une coquille intérieure en tôle résistant aux hautes températures qui est prévue, au moins localement, dans l'enveloppe et qui est disposée à distance de cette enveloppe dans les zones de transition; et: - Une natte d'écartement qui est disposée dans l'espace compris entre l'enveloppe et le bloc catalytique et qui autorise des dilatations thermiques différentes entre cette enveloppe et ce bloc. On connait des dispositifs de ce genre dans lesquels la coquille interne s'étend le long de la périphérie du bloc catalytique et la natte d'écartement est disposée entre l'enveloppe et la coquille interne. Le maintien en position de cette dernière par la natte d'écartement n'est pas parti- culièrement précis et rigide, ce qui est considéré comne un inconvénient. Dans un dispositif du genre spécifié au début, il est en outre connu d'amener la coquille intérieure dans la zone qui reçoit les blocs catalytiques le long de la face intérieure de l'enveloppe, et de disposer la natte d'écar- tement entre la coquille intérieure et l'enveloppe, cette coquille étant reliée à l'enveloppe dans la zone de raccor- dement, et non dans la zone qui reçoit les blocs cataly- tiques. Dans cette dernière, on obtient un maintien en position de la coquille intérieure qui, là aussi, n'est pas assez rigide. Enfin, dans un dispositif du genre spécifié au début, il est connu de disposer la coquille intérieure dans la zone de transition et de la souder à l'enveloppe dans chaque zone de raccordement concernée. A son extrémité située du côté de la zone qui reçoit les blocs catalytiques, chaque partie de l'enveloppe intérieure pénètre dans un anneau qui permet les déplacements relatifs dans la direc- tion longitudinale et qui est fixé à l'enveloppe par son autre extrémité axiale. L'ajustement glissant entre la par- tie concernée de la coquille intérieure et l'anneau a lieu de ce fait dans une zone fortement influencée par les gaz d'échappement. En outre, le maintien du bloc catalytique a lieu exclusivement par la natte d'écartement entre l'enve- loppe et le bloc catalytique et il ne semble pas suffisamment stable. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif du genre spécifié ciavant permettant un positionnement rigide du bloc catalytique dans le sens transversal par rap- port à l'axe longitudinal de l'enveloppe, et acceptant de manière fiable et durable les différences de dilatation thermique dans le sens longitudinal entre l'enveloppe et la coquille intérieure. Pour résoudre ce problème, le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait que la coquille intérieure s'avance dans une partie au moins de la zone qui reçoit les blocs catalytiques dans l'enveloppe, en étant fixée sur elle à cet endroit par soudage ou par encliquetage de moulures; et par le fait que l'extrémité de chaque coquille intérieure qui est située du côté de la zone de raccordement est réalisée de façon à pouvoir se déplacer librement par rapport à l'enveloppe sous l'influence des dilatations thermiques. Selon l'invention, la coquille intérieure est ainsi fixée à la zone de l'enveloppe qui est destinée à recevoir _3 les blocs catalytiques, et les déplacements relatifs qui sont engendrés entre l'enveloppe et la coquille intérieure par la différence de dilatation thermique sont compensés dans la zone de raccordement. Ce dernier point est connu en soi. Lorsque l'on indique ici que la natte d'écartement est disposée dans l'espace compris entre l'enveloppe et le bloc catalytique, ceci ne veut pas dire que cette natte doit nécessairement être en contact avec l'enveloppe par sa face extérieure et avec le bloc par sa face intérieure. Bien plus, il est possible, sans que cela soit nécessaire, que la coquille intérieure soit à l'extérieur de la natte d'écarte- ment entre cette dernière et l'enveloppe, ou encore qu'elle soit à l'intérieur de la natte entre cette dernière et le bloc catalytique, du moins sur certaines zones. L'expression "la coquille interne s'avance dans l'enveloppe" ne signifie pas obligatoirement qu'il y ait à cet endroit un appui direct de cette coquille sur l'enveloppe. Mieux encore, mais sans que cela soit nécessaire, une couche intermédiaire peut également être présente à cet endroit. De préférence, la coquille intérieure ne s'avance sur l'enveloppe que sur une longueur relativement faible dans le sens axial et elle en est rendue solidaire à cet endroit, mais il est également possible de faire s'étendre cette coquille à distance de l'enveloppe et de prévoir à cet endroit un maintien du bloc catalytique par contact direct ou indirect. Ceci augmente la rigidité du positionnement de ce bloc. La fixation de la coquille intérieure sur l'enve- loppe a lieu de préférence en un endroit o se trouve une extrémité du bloc. La coquille intérieure peut s'étendre sur toute la longueur du bloc catalytique en partant de la zone de transition correspondante. Cependant, il est préférable de la faire cesser un peu en arrière de l'extrémité concernée de ce bloc, ce qui conduit à une coquille en deux parties à dietance l'une de l'autre, par exemple dans le cas d'un bloc disposé dans l'enveloppe. Avantageusement, les extrémités de la coquille intérieure situées du côté du bloc catalytique sont réalisées avec des languettes élastiques réparties à sa périphérie pour le maintien du bloc, afin de prendre en compte à cet endroit la dilatation thermique différentielle entre le bloc catalytique et l'enveloppe. Les languettes sont de préférence formées par des découpes qui présentent pour l'esentiel la forme d'un Q, ce qui fournit l'élasticité radiale des languettes et assure néanmoins une surface de contact relativement importante entre les languettes et le bloc catalytique ou entre les languettes et la natte d'écar- tement disposée extérieurement qui exerce en outre un effet de serrage. L'utilisation d'une coquille intérieure a pour but principal de dégager l'enveloppe de l'effet direct des gaz d'échappement et de la maintenir plus froide. Ce but est atteint grâce à une distance ménagée entre cette coquille intérieure et l'enveloppe dans la zone de transition. Cet effet peut encore être augmenté en disposant dans la zone de transition une natte d'isolation entre l'enveloppe et la coquille intérieure. En particulier, cette natte d'isolation peut être ce que l'on appelle une natte gonflante en une matière connue qui gonfle sous l'effet de la chaleur. Il peut aussi s'agir d'une combinaison à effet résilient de métal et de fibres céramiques. En outre, on peut prévoir de protéger la natte d'isolation du côté frontal par un anneau, en particulier en une matière gonflante, ou par un Joint d'étanchéité élastique, ou par un revêtement réfractaire, la natte d'isolation pouvant alors être réalisée en un matériau moins sophistiqué. Le but est ici de protéger cette natte d'isolation contre l'érosion et l'enlèvement de matière dûs aux pulsations des gaz d'échappement. Il est en outre avantageux de protéger autant que possible la natte d'écartement des effets néfastes de ces pulsations de gaz d'échappement. A cette fin, des possibili- tée preé-rtes sont de reculer axialement la ou les faces frontales de la natte d'isolation, de prévoir un anneau d'étanchéité, en particulier élastique, de prévoir une enve- loppe ou un revêtement sur la ou les faces frontales de la natte ou de rétracter la coquille intérieure Jusqu'en avant de la ou des faces frontales de la natte. Bien entendu, les anneaux, revêtements et enveloppes qui viennent d'être décrits doivent être réalisés en un matériau suffisamment réfractaire. La natte d'écartement est de préférence consti- tuée par un matériau gonflant. Une forme de réalisation préférée de l'extrémité de la coquille intérieure qui se trouve du côté de la zone de raccordement, forme de réalisation o elle est particu- lièrement protégée et qui, de par sa nature, produit une certaine étanchéité vis-à-vis des gaz d'échappement, consis- te en ce que cette extrémité est montée en ajustement cou- lissant entre l'enveloppe et l'extrémité concernée du tuyau d'échappement. Il est possible de prévoir à cet endroit un anneau d'étanchéité supplémentaire. La rigidité du maintien en position du bloc cata- lytique peut en outre être augmentée si l'on prévoit au moins une couche intermédiaire élastique entre la coquille intérieure et le bloc en question, cette couche permettant de manière avantageuse la transmission de forces de maintien plus élevées par augmentation du frottement et évitant le contact direct entre le métal de la coquille intérieure et le bloc catalytique. De préférence, le,dispositif comprend deux blocs catalytiques, ou plus encore, qui sont montés l'un derrière l'autre dans le sens longitudinal de l'enveloppe, de sorte que l'on peut obtenir la surface catalytique importante qui est nécessaire avec un diamètre du dispositif aussi faible que possible. Dans ce cas, la coquille intérieure est de préfé- rence réalisée en trois parties, sa partie centrale étant fixée dans l'enveloppe par soudage ou par encliquetage de moulures. Cette partie centrale présente alors de préférence à ses deux extrémités des zones de maintien pour les deux blocs catalytiques, zones qui sont réalisées de la manière déjà décrite ci-avant pour la zone de maintien du bloc catalytique de la coquille intérieure ou des deux parties de coquille intérieure. Lorsque l'on fixe la coquille sur l'enveloppe par soudage, on préfère réaliser la soudure sur des trous en vue d'une fabrication particulièrement rationnelle. La description qui va suivre, et qui ne présente aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre com- ment la présente invention peut être mise en pratique. Elle doit être lue en regard du dessin annexé dont les figures 1 et 2 représentent chacune une vue en coupe longitudinale d'une partie d'un dispositif d'épuration catalytique des gaz d'échappement, plusieurs variantes étant représentées sur chacune de ces deux figures. Dans tous les exemples de réalisation, deux blocs ou cartouches catalytiques 4 sont disposées axialement l'une derrière l'autre dans une enveloppe 2. Sur chacune des figures, on a représenté la moitié de gauche du dispositif qu'il y a lieu de s'imaginer complété vers la droite par symétrie. L'enveloppe 2 du dispositif représentée sur la figu- re 1 se compose d'une zone centrale 6 qui est destinée à recevoir les blocs catalyseurs et qui est cylindrique, mis à. part un certain nombre de moulures annulaires, de zones de transition 8, pour l'essentiel en forme de tronc de cône, dont chacune se raccorde à la précédente à droite et à gau- che, ainsi que d'une zone de raccordement 10, cylindrique pour l'essentiel, à l'extrémité de chaque zone de transition 8. L'enveloppe 2 est en tôle d'acier et elle est, de préfé- rence, composée de deux demi-coquilles assemblées melon un plan de coupe axiale. Une coquille interne 12 s'étend à partir de la zone de raccordement de gauche 10 que l'on voit sur la figure 1, le long de la zone de transition 8, et le long de la zone 6 recevant les blocs catalytiques, du moins sur une partie de cette dernière. A gauche, la coquille intérieure 12 commence un peu à l'arrière de l'extrémité de la zone de raccordement , et elle présente à cet endroit une faible distance radiale par rapport à l'enveloppe 2. La coquille intérieure 12 s'étend dans la zone de transition 8 parallèlement à l'enveloppe 2 avec une distance radiale de l'ordre de 2 à 15 mm. A l'extrémité de la zone de transition 8, la coquille intérieure 12 est recourbée vers l'extérieur et, à partir de cet endroit, elle est en contact avec l'enveloppe 2. La coquille intérieure 12 est maintenue positivement, du moins vers l'extrémité de gauche de la zone 6 qui reçoit les blocs catalytiques, par une moulure 14 de l'enveloppe 2 en creux vers l'intérieur. Dans la zone 6 qui reçoit les blocs catalytiques, deux blocs de ce genre 4 sont maintenus à une certaine dis- tance axiale l'un par rapport à l'autre, le bloc de gauche étant représenté sur la figure 1. Le bloc 4 est cylindrique et réalisé en un matériau céramique qui est traversé axialement par de multiples canaux ayant reçu par métal- lisation sous vide une substance à action catalytique. Dans la zone 6 qui reçoit les blocs catalytiques, une natte ou matelas d'écartement 16 est disposée entre la coquille inté- rieure 12 et le bloc 4 avec une épaisseur de 2 à 15 mm, et elle se termine à gauche un peu avant les faces frontales des blocs catalytiques 4. La distance entre la coquille intérieure 12 et l'enveloppe 2 au point de transition vers la zone 6 qui reçoit -les blocs catalytiques est choisie de telle manière que la coquille intérieure 12 recouvre légère- ment le bord de la face frontale du bloc catalytique 4. Ce dernier est ainsi maintenu axialement et on crée une certai- ne étanchéité qui empêche de contourner le bloc catalyti- que 4. Dans la zone de raccordement 10 est introduite depuis la gauche l'extrémité d'un tuyau de gaz d'échappement 18 qui pénètre avec un faible Jeu dans l'extrémité de la coquille intérieure 12. Ce tuyau 18 est soudé extérieurement & la zone de raccordement 10. L'extrémité de gauche de la coquille intérieure 12 fait ainsi saillie dans un espace annulaire compris entre l'extrémité du tuyau d'échappement 18 et la zone de raccordement 10, de sorte qu'il existe à cet endroit une possibilité de dilatation et de contraction axiales de la coquille intérieure 12, d'une part, mais, d'autre part, on obtient une certaine étanchéité en forme de labyrinthe qui évite la propagation des pulsations des gaz d'échappement dans l'espace compris entre l'enveloppe 2 et la coquille intérieure 12. Dans la zone de transition 8, une natte isolante 20 est disposée entre l'enveloppe 2 et la coquille intérieure 12. A gauche, ou à droite et à gauche, cette natte peut être protégée en outre par un anneau 22 réalisé en un matériau gonflant à la chaleur (Figure 1, en bas), ou par une couche 24 de tissu réfractaire qui entoure sa partie frontale (Figure 2, en haut). Il en est de même pour la natte d'écar- tement 16, comme on le voit sur le bas des figures 1 et 2. L'anneau 22 est ici constitué de préférence par des fils réfractaires tissés ou tricotés et comprimés, qui sont éven- tuellement traverses ou enveloppés par des fibres minérales réfractaires. Les anneaux 22 peuvent être des Joints étan- ches, en particulier pour assurer une sécurité supplémentai- re contre le contournement du bloc catalytique 4. Sur la partie de gauche de la zone 6 qui reçoit les blocs catalytiques, on a indiqué sur la figure 1 la possibi- lité de faire traverser à la coquille intérieure 12 la tota- lité de la longueur de cette zone 6. Ceci ne présente aucun caractère critique quant aux dilatations thermiques, parce que la natte d'écartement 16 qui est interposée exerce un effet d'isolation thermique et que la conductibilité thermi- que est faible entre la zone de transition 8 et la mince coquille intérieure 12. Au contraire, la partie de droite de la figure 1 montre la possibilité de faire se terminer la coquille inté- rieure 12 un peu après la face frontale du bloc catalyti- que 4. Les exemples de réalisation représentés sur la figure 2 correspondent à ceux qui ont déjà été décrits, mais avec les modifications suivantes: en haut de la figure 2, on voit que la fixation de la coquille intérieure 12 sur l'enveloppe 2 est réalisée au moyen de soudures 26 sur des trous répartis sur la périphérie au début de la zone 6 qui reçoit les blocs catalytiques. En outre, la première partie de la coquille inté- rieure 12 se termine un peu en arrière de l'extrémité fron- tale de gauche du bloc catalytique 4. A cette extrémité, cette partie de coquille se termine par des languettes axiales 28 qui sont réparties sur la périphérie et qui sont formées entre des découpes 30 en Q. Ces languettes 28 s'appuient depuis l'extérieur sur le bloc catalytique 4, avec interposition, le cas échéant, d'une couche élastique intermédiaire 32, et elles réalisent un maintien du bloc catalytique 4 qui présente une surface importante et qui est cependant élastique. A côté des points de fixation par sou- dage 26 qui ont été décrits, la coquille intérieure 12 s'écarte à nouveau vers l'intérieur de l'enveloFpe 2 pour que les languettes 28 puissent reposer, directement ou non, sur l'extérieur du bloc catalytique 4. De cette manière, on obtient, là aussi, une certaine étanchéité. La natte d'écar- tement 16 s'étend depuis le milieu du bloc catalytique 4 jusqu'à cette zone de changement de diamètre. Dans la région centrale de la zone 6 qui reçoit les blocs catalytiques, on trouve une partie centrale 34 de la coquille intérieure 12 qui est au total en trois parties. Cette partie centrale 34 comporte sur ses deux côtés des languettes 28 du type décrit ci-avant et elle est fixée à l'extrémité du bloc catalytique 4 par encliquetage dans des moulures. Au lieu des soudures sur des trous 26 représentées à gauche sur la figure 2, on peut utiliser ici une liaison réaliste uniquement par encliquetage au moyen de moulures. Aussi bien la natte d'isolation 20 que la natte d'écartement 16 sont constituées de préférence par des fibres céramiques, qui peuvent être chargées de paillettes gonflantes. La tôle de la coquille intérieure 12 est plus mince que celle de l'enveloppe 2 et elle résiste mieux aux hautes températures. La coquille intérieure 12, ou ses éléments, peuvent être réalisés & partir de demi-coquilles, ainsi qu'on l'a décrit pour l'enveloppe 2. - REVENDICATIONS - 1. Dispositif pour l'épuration catalytique des gaz d'échappement de moteurs de véhicules, du genre comprenant: - Une enveloppe (2) qui comporte à chacune de ses extrémités une zone de raccordement (10) pour un tuyau d'échappement (18), ainsi qu'une zone de transition l'espace compris entre l'enveloppe (2) et le bloc catalyti- que (4) et qui autorise des dilatations thermiques différen- tes entre cette enveloppe (2) et ce bloc (4), caractérisé par le fait que la coquille intérieure (12) s'avance dans une partie au moins de la zone (6) qui reçoit les blocs catalytiques dans l'enveloppe (2), en étant fixée sur elle à cet endroit par soudage (26) ou par encliquetage de moulures; et par le fait que l'extrémité de chaque coquille intérieure (12) qui est située du côté de la zone de raccordement est réalisée de façon à pouvoir se déplacer librement par rapport à l'enveloppe (2) sous l'in- fluence des dilatations thermiques. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la coquille intérieure (12) s'étend à distance de l'enveloppe (2) du côté de sa fixation à celle-ci qui est à l'opposé de la zone de transition (8), et qu'elle y présente une zone (28) de maintien du bloc catalytique (4). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la coquille intérieure (12), vue dans le sens longitudinal de l'enveloppe (2) , est réalisée en plusieurs parties, et par le fait que la zone de maintien à son extré- mité correspondante est réalisée avec des languettes élas- tiques (28) réparties à sa périphérie. 4. Dispositif melon la revendication 3, caractérisé par le fait que les languettes (28) sont formées pour l'essen- tiel par des découpes (30) en forme d'oméga. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que, dans la zone de transi- tion (8), une natte d'isolation (20), de préférence gonflan- te, est prévue entre l'enveloppe (2) et la coquille inté- rieure (12). 6. Dispositif selon l'une quelconque des.revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la natte d'écartement (16) et/ou la natte d'isolation (20) sont protégées du côté frontal par un anneau (22). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la natte d'écartement (16) et/ou la natte d'isolation (20) sont protégées du côté frontal par une enveloppe. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la coquille intérieure (12) recouvre dans la région de leurs bords les faces fron- tales du bloc catalytique tournées vers la zone de transi- tion. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'extrémité tournée vers la zone de raccordement de chaque coquille intérieure (12> est montée en ajustement coulissant entre l'enveloppe (2) et l'extrémité concernée du tuyau d'échappement. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'au moins une couche inter- médiaire élastique (32) est prévue entre la coquille inté- rieure (12) et le bloc catalytique (4). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 A 10, caractérisé par le fait que deux blocs catalytiques (4) sont montés l'un derrière l'autre dans le sens longitu- dinal de l'enveloppe (2). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la coquille intérieure par soudage ou par encliquetage de moulures. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la partie centrale de la coquille intérieure est munie & ses deux extrémités de zones de maintien pour les deux blocs catalytiques, ces zones comprenant des lan- guettes élastiques réparties sur leur périphérie qui sont de préférence formées par des découpures pour l'essentiel en forme d'oméga.