Brevet FR2633008A1 — publié le 19891222

Dispositif pour le traitement catalytique des gaz d'échappement de moteurs thermiques, en particulier des moteurs à deux temps La présente invention concerne un dispositif qui, destiné au traitement catalytique des gaz d'échappement de moteurs thermiques, en particulier de moteurs à deux temps, comporte une gaine en tôle ou analogue, laquelle enferme d1innombrables cellules revêtues d'une substance formant catalyseur et qui forment des canaux de passage pour les gaz d'échappement et sont réunies de façon à former une structure en nid d'abeilles qui, au moins en un endroit de liaison, est fixée mécaniquement, par exemple par brasage, à la gaine. Dans des dispositifs connus de ce genre la gaine extérieure, par exemple cylindrique, en tôle est réalisée en tant qu'élément porteur ou support de la structure en nid d'abeilles logée à l'intérieur de la gaine, du fait que cette structure en nid d'abeilles formée de tôle très mince est reliée, au niveau de sa région extérieure, mécanique ment, par exemple par brasage, à la surface intérieure de la gaine.La structure# en nid d'abeilles est formée d'une feuille métallique continue et très mince, en tôle, qui est jointe à une autre feuille métallique également-très mince, superposée å la première et le plus souvent ondulée ou conformée de manière analogue, pour former un ensemble de feuilles étroitement assemblées, par exemple en les enroulant ou superposant l'une à l'autre. -Grâce à cette structure du genre nid d'abeilles l'ensemble de feuilles, appelé structure en nid d'abeilles, présente d'innombrables cellules individuelles, petites à très petites, qui forment dans la direction longitudinale du dispositif des canaux d'écoulement pour les gaz d'échappement passant à travers le dispositif.Afin d'obtenir une activité catalytique cette grande surface de contact de la structure en nid d'abeilles, formée dans un espace minimal à l'intérieur de la gaine du dispositif, est munie, par immersion, d'une couche céramique (appelée wash-coat) qui a pour effet de rendre la surface de la structure en nid d'abeilles encore de très nombreuses fois (par exemple 100 fois) plus grande. Ainsi la structure en nid d'abeilles devient une structure cellulaire comparable à celle d'une matière spongieuse. Dans cette structure cellulaire poreuse du genre éponge est introduite, le plus souvent également par immersion, la substance formant catalyseur, par exemple du platine, du rhodium ou un mélange des deux, ou d'autres catalyseurs appropriés. Des dispositifs à catalyseur connus présentant cette structure subissent en particulier en cas d'utilisation dans des moteurs à deux temps, en raison des pertes par balayage se produisant inévitablement dans ces moteurs, de très fortes contraintes thermiques et ce d'autant plus que la surface à catalyseur du dispositif doit pour des raisons relevant de la construction, en particulier en cas d'utilisation dans des appareils commandés par moteur à deux temps et guidés à la main, par exemple dans des scies à moteur à chaîne, tondeuses à gazon, débroussailleuses, etc., rester aussi petite que possible.Les températures subies peuvent être comprises entre 900 et 13000C de sorte qu'il existe un risque de dégradation thermique et mécani- que et ce d'autant que le dispositif a catalyseur est soumis dans son ensemble aux- trépidations continuelles du moteur thermique et qu'aux températures élevées citées il existe le risque d'une décomposition du joint brasé entre la structure en nid d'abeilles et la gaine. L'invention a pour but d'éviter le risque d'une dégradation de la structure en nid d'abeilles dû aux fortes contraintes thermiques subies par le dispositif à catalyseur et, en même temps, également une séparation mécanique au niveau de la transition entre la structure en nid d'abeilles et la ga-ine et d'empêcher ainsi des défauts dus à une telle dégradation ou séparation de se produire dans le substrat du catalyseur. Ce but est atteint, pour un dispositif qui, destiné au traitement catalytique de gaz d'échappement de moteurs thermiques, en particulier des moteurs à deux temps, comporte une gaine en tôle ou analogue, laquelle enferme d'innombrables cellules revêtues d'une substance formant catalyseur et qui forment des canaux de passage pour les gaz d'échappement et sont réunies de façon à former une structure en nid d'abeilles qui au moins en un endroit de liaison est fixée mécaniquement, par exemple- par brasage, à la gaine, par le fait que pour réduire les contraintes thermiques subies par le dispositif à catalyseur une région partielle s'étendant à Ilintérieur de la structure en nid d'abeilles est réalisée, au moins dans la partie de la structure en nid d'abeilles qui est située à l'avant par rapport au sens d'entrée des gaz d'échappement, de telle sorte que les gaz d'échappement sont empêchés de s'écouler à travers cette région partielle. Grâce à cette mesure la température et, par suite, les contraintes thermiques subies par l'ensemble du dispositif à catalyseur dans la région d'entrée des gaz d'échappement, c'est-à-dire dans la région antérieure du dispositif, sont nettement réduites et en même temps la résistance mécanique se trouve accrue, en particulier dans cette région jusqu'à présent soumise à de fortes contraintes thermiques. Du fait de l'abaissement de la température dans la région antérieure du dispositif a. catalyseur la durabilité de celui-ci se trouve considérablement améliorée. La région partielle imperméable aux gaz d'échappement de la structure en nid d'abeilles peut être obtenue en obturant simplement plusieurs cellules voisines les unes des autres qui se succèdent dans la direction d'écoulement. Une forme de réalisation simple et avantageuse est obtenue lorsque la région partielle imperméable aux gaz d'échappement est prévue symétriquement par rapport à l'axe longitudinal central, par exemple sous la forme de diagonales disposées en croix. Dans ce cas les régions partielles peuvent avantageusement s'étendre sur toute la longueur du dispositif.Selon une autre caractéristique de l'invention les régions partielles imperméables aux gaz d'échappement sont en même temps réalisées de façon à former les régions de soutien pour la structure en nid d'abeilles restante de sorte qu'elles supportent cette dernière mécaniquement. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté schématiquement au dessin annexé sur lequel la figure 1 représente une coupe radiale d'un dispositif à catalyseur selon l'invention ; et la figure 2 représente une coupe axiale du dispositif à catalyseur suivant la ligne II-II de la figure 1. L'exemple de réalisation représente un dispositif 1 qui, destine au traitement catalytique des gaz d'écnappe- .lent de moteurs thermiques, en particulieL de moteurs à deux temps, comporte une gaine 2 en tôle. Cette gaine entoure une structure en nid d'abeilles 4 qui dans l'exemple de réalisation représenté est formée de deux feuilles très minces, a savoir une feuille s'étendant uniformément et une feuille ondulée superposée à cette dernière, les deux feuilles minces étant étroitement réunies en étant enroulées ensemble. D'autres formés de réalisation de la struc- ture en nid d'abeilles 4, par exemple celle dans laquelle les feuilles très minces sont réunies de façon à former un ensemble stratifié, sont également concevables.Dans tous les cas la structure en nid d'abeilles 4 présente d'innombrables cellules -3 s'étendant de manière continue dans le sens d'écoulement A sur tout le dispositif 1 et qui forment par conséquent des canaux de passage en forme de rainures pour les gaz d'échappement chauds affluant dans le sens de la flèche A. Cette forme de réalisation du dispositif est connue en soi. Il est en outre connu de rendre la surface de ces canaux de passage de nombreuses fois plus grande en la revêtant, comme indiqué plus haut, d'une couche en céramique dite wash-coat et de conférer au dispositif son activité catalytique en y appliquant par exemple du platine, du rhodium ou un mélange de platine et de rhodium.La structure en nid d'abeilles 4 est reliée, pour tout le moins dans une région s'étendant au moins -linéairement sur toute la longueur du dispositif, à la gaine 2 en vue d'obtenir une résistance nécanique accrue. Cette zone de liaison mécanique est indiquée schématiquement au dessin et désignée par 5. La gaine 2 forme ainsi un genre d'enveloppe porteuse pour la structure en nid d'abeilles placée dans cette dernière, la liaison entre l'enveloppe et la structu -re en nid d'abeilles étant généralement réalisée sous la forme d'un joint brasé. Comme le montre leaessin, au moins dans la partie avant du dispositif à catalyseur l, à savoir dans la région d'entrée des gaz d'échapp2ment (voir la flèche A), sont formées, à l'intérieur de la structure en nid d'-abeilles 4, des régions partielles 6" qui empêchent les gaz d'échappement chauds de passer dans ces régions partielles 6" de la structure en nid d'abeilles, de sorte que, à la différence de dispositifs à catalyseur connus de ce genre, la structure en nid d'abeilles n'est pas toute entière, notamment dans la région d'entrée des gaz d'échappement, soumise a ceux-ci.Ainsi les contraintes thermiques subies par le dispositif dans sa région située à l'avant par rapport au sens d'entrée des gaz d'échappement et qui est revêtue de la meme manière que la partie restante, se trouvent réduites de sorte que le joint brasé entre la gaine 2 et la structure en nid d'abeilles ne risque plus d'être compromis et que la durabilité du dispositif se trouve améliorée. Les régions partielles 6" imperméables aux gaz d'échappement peuvent être réalisées aisément en obturant les cellules 3 de fanon à empêcher les gaz d'échappement d'y entrer.Il est avantégeux que les cellules destinées à former les régions partielles 6" imperméables aux gaz déchappement soient obturées de manière continue sur toute la longueur L du dispositif catalyseur, de sorte que les gaz d'échappe- ment ne peuvent plus s'écouler à travers ces régions partielles. De plus, l'agencement peut être tel que ces cellules ne laissant plus passer les gaz d'échappement soient rendues suffisamment étanches et résistantes pour former des cellules de soutien capables d'accroître la résistance mecanique et la rigidité de l'ensemble de la structure en nid d'abeilles.Dans l'exemple de réalisation représenté ces régions partielles 6" imperméables aux gaz d'ecnappe- ment sont prévues symétriquement par rapport à l'axe central du dispositif à catalyseur et ce, de préférence, de façon à former des diagonales disposées perpendiculairement l'une à l'autre. Ceci permet d'obtenir un soutien mécanique particulièrement satisfaisant des cellules restantes du dispositif à catalyseur. Le fait de réaliser ces régions partielleS imperméables aux gaz d'échappement, notamment sous la forme de cellules de soutien mécanique pour les autres cellules du dispositif à catalyseur, ou de réaliser des régions renforçatrices analogues à l'intérieur de la structure en nid d'abeilles 4 permet d'éviter dans une large mesure les dégâts causés par des contraintes dues à des oscillations continues et de trop fortes contraintes thermiques dans les dispositifs à catalyseur connus. REVENDICATIONS 1 - Dispositif qui, destiné au traitement cataly- tique de gaz d'échappement de moteurs thermiques, en particulier des moteurs à deux temps, comporte une gaine (2) en tôle ou analogue, laquelle entoure d'innombrables cellules (3) recouvertes d'une substance formant catalyseur et qui forment des canaux de passage pour les gaz d'échappement et sont réunies de façon à former une structure en nid d'abeilles (4) qui, au moins dans une zone de liaison (5), est fixée mécaniquement, par exemple par brasage, a la gaine (2), caracterisé en ce que pour réduire les contraintes thermiques subies par le dispositif à catalyseur (1) au moins une région partielle 6" s'étendant à l'intérieur de la structure en nid d'abeilles (4) est réalisée, au moins dans la région de la structure en nid d'abeilles (4) qui est située à l'avant par rapport au sens d'entrée (A) des gaz d'échappement, de telle manière que les gaz d'échappement sont empêches de passer à travers cette région partielle. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région partielle (6") imperméable aux gaz d'échappement est obtenue en obturant plusieurs cellules (3) voisines les unes des autres et qui se succèdent dans la région d'entrée des gaz d'échappement et dans le sens d'écoulement de ces derniers. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la région partielle (6") est prévue symétriquement par rapport à l'axe longitudinal central du dispositif. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la région partielle (6") est réalisée sous la forme de diagonales disposées en croix. 5 - Dispositif selon 11 une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les régions par tigelles (6") imperméables aux gaz d'échappement s'étendent sur toute la longueur (L) du dispositif (1). 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la région partielle (6") imperméable aux gaz d'échappement est reliée aux autres cellules constitutives de la structure en nid d'abeilles (4) de telle manière que ces dernières se trouvent soutenues mécaniquement par la région partielle (6") imperméable aux gaz d'écnappement.