Brevet FR2644509A1 — publié le 19900921

DISPOSITIF DE DETOXICATION CATALYTIQUE OU DE TRAITEMENT SIMILAIRE DES GAZ D'ECHAPPEMENT DE MOTEURS A COMBUSTION INTERNE, EQUIPE DE DEUX CORPS DE TRAITEMENT SEPARES PAR UNE BAGUE PROTECTRICE La présente invention se rapporte à un dispositif de détoxication catalytique ou d'épuration des gaz d'échap- pement de moteurs à combustion interne, comprenant un car- ter qui est muni de deux régions extrêmes ouvertes, raccor- dées à une tubulure à gaz d'échappement, et d'un trajet de circulation des gaz d'échappement entre les régions extrê- mes; deux corps de traitement des gaz d'échappement,pouvant être parcourus par un flux, agencés en succession dans la direction de circulation, et retenus à distance mutuelle dans le carter; et une bague protectrice délimitant exté- rieurement, dans le sens périphérique, l'intervalle entre les deux corps de traitement des gaz d'échappement. Dans un dispositif connu de ce genre, destiné à la détoxication catalytique de gaz d'échappement, la bague protectrice consiste en une tôle à haute résistance thermi- que qui ceinture, au moins dans les régions extrêmes adja- centes à la bague protectrice, les deux corps attenants de traitement des gaz d'échappement (constitués, dans le dis- positif connu, par des monolithes en céramique dotés d'un revêtement à action catalytique). Les solidarisations entre la bague protectrice et les deux monolithes soulèvent des problèmes, car elles sont le siège de fortes contraintes locales et du fait qu'il se produit en service, suite au comportement de dilatation thermique sous l'effet des hau- tes températures des gaz d'échappement, des mouvements re- latifs difficilement contrôlables entre la bague protectri- ce et-les corps de traitement. L'invention a pour objet de fournir, concernant la bague protectrice, une solution qui soit plus propice quant au comportement à des températures variables, ainsi que du point de vue technique de fabrication. Conformément à l'invention, pour atteindre cet objet, le dispositif est caractérisé par le fait que la bague protectrice est retenue axialement dans le carter, par concordance de formes, au moyen d'un élément de retenue qui l'entoure extérieurement, un interstice axial étant ré- servé, à l'état incorporé, entre la bague protectrice et au moins l'un des deux corps de traitement des gaz d'échappe- ment. De préférence, un interstice axial est respective- ment prévu des deux côtés de la bague protectrice. Conformément à l'invention, la bague protectrice est largement dissociée des deux corps de traitement des gaz d'échappement et elle est retenue de manière autonome, dans le carter, par concordance de formes. L'on évite des com- pressions des arêtes, entre la bague et les corps, ainsi que l'obligation de respecter des tolérances de fabrication et de montage serrées. Du fait que l'interstice axial ou les deux interstices axiaux est (sont) de préférence étroit(s), l'effet exercé par les gaz d'échappement chauds se cantonne à des limites acceptables, grâce à l'interstice axial, avec migration plus accentuée vers l'extérieur dans le carter. Des moyens préférentiels concrets, pour consi- gner fermement la bague protectrice par concordance de for- mes, sont matérialisés par au moins une saillie périphéri- que ou par au moins un renfoncement périphérique, à la face extérieure de ladite bague. Le carter proprement dit, contre lequel l'élément de retenue est extérieurement appliqué, peut lui aussi être configuré, par exemple grâce à au moins une moulure périphérique emboutie vers l'extérieur ou vers l'intérieur, de telle sorte que l'élément de retenue, et donc aussi la bague protectrice, soient fiablement consi- gnés à demeure dans le sens axial, par concordance de for- mes. La réalisation du dispositif est particulièrement fa- vorable lorsque l'élément de retenue fait partie d'une natte de retenue qui retient les deux corps de traitement des gaz d'échappement. Concrètement, la réalisation peut également être telle que l'élément de retenue de la bague protectrice, conçu en tant que natte de retenue, entoure également les deux corps de traitement attenants, unique- ment d'une certaine distance axiale; et qu'une natte de retenue supplémentaire soit prévue, en juxtaposition axia- le, pour chaque corps de traitement. La natte de retenue consiste préférentiellement en des fibres céramiques, ou bien est réalisée sous la forme d'une "natte expansible" dont le volume augmente lorsque la température cro t. Des nattes expansibles sont disponibles dans le commerce. Tou- tefois, la natte de retenue peut également consister en un entrelacs de fils métalliques. Egalement lorsque l'élément de retenue ne fait pas partie d'une natte de grande lon- gueur, il peut être constitué par le même matériau que ce- lui connu pour des nattes expansibles. De préférence, la bague protectrice est une bague protectrice en céramique rigide. Suite à la présence des interstices axiaux, ce matériau peut être utilisé sans pro- blèmes et sans risque de compressions des arêtes, et il confère un certain effet d'isolation thermique. Néanmoins, la bague protectrice peut également être fabriquée en de la tôle à haute résistance thermique. Tout particulièrement dans le cas o la retenue de la bague protectrice est assurée par du matériau consti- tuant les nattes expansibles, le matériau céramique de la bague protectrice est sélectionné en vue d'une conductivité thermique relativement bonne. Cela offre l'avantage consis- tant en ce que, à travers la bague protectrice, le matériau de l'élément de retenue, constituant les nattes expansibles, devient en effet suffisamment chaud pour permettre un gon- fl ement. De préférence, la bague protectrice est entourée par une couche intercalaire sur au moins une partie de sa longueur axiale. Cette couche intercalaire peut faire fonc- tion d'auxiliaire de montage pour faire en sorte que, au stade de l'assemblage du dispositif, la bague protectrice, et éventuellement aussi les corps-de traitement des gaz d'échappement, glissent plus facilement jusqu'à la position d'intégration correcte. En outre, la couche intercalaire peut servir de protection supplémentaire contre l'action des gaz d'échappement chauds, dans la zone de contact entre la bague protectrice et le corps de traitement qui lui est adjacent, voire au voisinage de l'interstice axial ménagé à cet endroit. De préférence, l'élément de retenue est intégré avec précharge radiale; ainsi, même lorsque la dimension radiale de l'espace annulaire, entre la bague protectrice et le carter, augmente à de hautes températures, ladite ba- gue est retenue de manière sûre. Il s'agit, de préférence, d'une retenue non rigide, douée de souplesse élastique, mais provoquant toutefois une ferme consignation à demeure. Il est bien évident que plus de deux corps de traitement des gaz d'échappement peuvent également se suc- céder dans le carter du dispositif, dans la direction de circulation, des bagues protectrices conformes à l'invention - étant alors prévues, de préférence, dans tous les interval- les entre deux corps de traitement respectivement voisins. Des exemples typiques, pour des corps de traite- ment prévus, sont des monolithes en céramique percés de ca- naux longitudinaux et munis d'un revêtement à action cata- lytique, en vue de la détoxication des gaz d'échappement, ainsi que des corps de filtration du noir de carbone, réa- lisés à la manière de cribles, qui peuvent consister en un matériau céramique, mais également en un métal. En tant que matériaux céramiques typiques, appro- priés pour la bague protectrice, l'on citera l'AlTiO, le SiO2, le ZrO2 et la cordiérite. En tant que matériaux céra- miques typiques, pouvant être favorablement employés pour le cas o l'on souhaite une conductivité thermique, grande à l'échelle des céramiques, l'on citera des carbures de si- licium et des nitrures de silicium. Des tissus céramiques se prêtent particulièrement bien pour constituer la couche intercalaire. L'invention va à présent être décrite plus en dé- tail à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un dis- positif traitant des gaz d'échappement; et les figures 2 et 3 illustrent à échelle agrandie d'autres configurations de la bague protectrice, plus pré- cisément, à chaque fois, des variantes différentes dans les moitiés supérieure et inférieure ainsi que, pour le cas de la figure 2, dans les moitiés de gauche et de droite. Le dispositif illustré sur la figure 1 présente un carter 2 sensiblement cylindrique se rétrécissant, des deux côtés, en des régions extrêmes 4. Chaque région extrê- me 4 est soudée à l'extrémité ouverte d'une tubulure 6 à gaz d'échappement. Deux monolithes 8 en céramique, munis d'un revêtement à action catalytique en vue de la détoxica- tion de gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, sont retenus dans le carter 2, à distance l'un de l'autre et en succession dans la direction de circulation, au moyen d'une natte expansible ininterrompue 10, agencée périphéri- quement. Une bague protectrice 12 en céramique est interpo- see, dans le sens axial, entre les deux monolithes 8 servant de corps de traitement des gaz d'échappement. Une coquille interne 14 en tôle à haute résistance thermique, disposée dans les régions rétrécies respectives du carter 2, s'aché- ve à courte distance devant chaque monolithe 8 considéré. Une natte d'isolation 16, consistant par exemple en des fi- bres céramiques, est intercalée entre le carter 2 et la co- quille interne 14 considérée. Un trajet de circulation par- court le dispositif dans le sens de flèches P, à partir de l'extrémité de la tubulure 6 à gaz d'échappement située à gauche, à travers la coquille interne 14 située à gauche, par des canaux longitudinaux du monolithe 8 situé à gauche, à travers la bague protectrice 12, par des canaux longitu- dinaux du monolithe 8 situé à droite, à travers la coquille interne 14 située à droite, jusqu'à l'extrémité de la tubu- lure 6 à gaz d'échappement située à droite. La bague protectrice 12 présente un profil de section rectangulaire. Un interstice axial 24 est réservé, à chaque fois, entre ses deux arêtes frontales planes et les régions externes des faces extrêmes des deux monolithes 8 attenants. Le diamètre externe de la bague protectrice 12 est légèrement plus grand que le diamètre externe des deux monolithes 8, de sorte que la bague 12 "mord" par concor- dance de formes dans la natte expansible 10. Dans la zone d'installation de la bague 12, le carter 2 possède une mou- lure périphérique 28 emboutie vers l'extérieur. A la transition de la natte entre la coquille in- terne 14 respective et le monolithe 8 considéré, l'on dis- tingue une couche intercalaire 18 en un tissu céramique, figurée par des points. Dans la forme de réalisation selon la partie su- périeure de la figure 2, la bague protectrice 12 présente un profil de section qui forme, respectivement, une saillie périphérique ou un bourrelet externe périphérique 20. De la sorte, la natte expansible 10 est soumise à une plus forte compression radiale dans cette zone. Dans la forme de réalisation selon la partie infé- rieure de la figure 2, la bague protectrice 12 possède un profil de section ondulé 20, 26, ayant pour effet de confé- rer un ancrage particulièrement bon, par concordance de formes, avec la natte expansible 10. L'on distingue par ailleurs, sur l'interstice axial 24 situé côté afflux, une couche intercalaire 18 symbolisée par une rangée de points, et consistant en un tissu céramique. Cette couche 18 se trouve entre, d'une part, la natte 10 et, d'autre part, la région extrême périphérique du monolithe 8 ainsi que la région extrême périphérique de la bague 12 qui est située à gauche sur la figure 2. Une couche intercalaire corres- pondante 18 pourrait également être prévue sur l'interstice axial 24 de droite, ou bien couvrir d'une manière ininter- rompue les deux interstices axiaux 24. Tant dans la forme de réalisation selon la partie supérieure de la figure 2, que dans la forme de réalisation d'après la partie inférieure de cette figure 2, la moitié de gauche du dessin représente la variante consistant en ce que la section interne de la bague protectrice 12 est éva- sée coniquement, en 22, vers l'extrémité axiale. Cet éva- sement peut être prévu à l'une des extrémités axiales, ou aux deux. Il en résulte que le recouvrement des arêtes fron- tales 'des monolithes 8, par la bague 12, est minimisé ou même totalement supprimé. Dans la forme de réalisation selon la partie su- périeure de la figure 3, la bague protectrice 12 présente un profil de section formant un renfoncement central 26 ex- térieurement périphérique. A l'emplacement correspondant, le carter 2 comporte une moulure périphérique 28 emboutie vers l'intérieur, ce qui impose à la natte expansible, dans cette zone, un changement de direction en double S. Dans la forme de réalisation d'après la partie inférieure de la figure 3, le profil de section de la bague protectrice 12 est globalement de configuration concave, avec saillie vers l'intérieur. Le carter 2 possède une mou- lure périphérique correspondante 28, emboutie vers l'inté- rieur. L'on distingue, en outre, une couche intercalaire 18 en tissu céramique qui recouvre la bague protectrice sur toute sa longueur axiale, les deux interstices axiaux et, à chaque fois, une région extrême du pourtour extérieur des deux monolithes 8 adjacents. L'on fera observer que, en variante, les coquilles internes 14 illustrées sur la figure 1 pourraient également se prolonger dans le sens axial, par exemple en ceinturant les monolithes 8 au moins dans une région extrême, ou bien en s'étendant d'un trait sur tout le carter 2, sous la forme d'une pièce unitaire. Dans ce cas, la coquille interne de- vrait matérialiser le carter qui retient la bague protectri- ce 12. En outre, il convient de noter que la natte expansi- ble 10 peut s'enfoncer légèrement dans l'interstice axial 24, à la manière d'un bourrelet, en prodiguant ainsi un rembour- rage dans cette zone, entre le monolithe 8 et la bague 12. Enfin, il convient encore de mentionner la possibilité de prévoir la bague 12 entre deux monolithes 8 ayant des di- mensions de section différentes, en l'agençant globalement, par exemple, pour l'essentiel à la manière d'un tronc de cône entre deux monolithes coaxiaux 8 de dimensions de sec- tion différentes, voire asymétriquement entre un premier monolithe 8 de section plus grande, et un second monolithe 8 de section plus petite et dont l'axe médian est décalé. Le matériau de la couche intercalaire 18 peut être choisi plus lisse que celui constituant la natte ex- pansible 10. Ainsi, au stade de l'assemblage du dispositif, tout particulièrement dans le cas o le carter 2 est réali- sé en deux demi-coquilles qui sont finalement solidarisées- par soudage, la bague protectrice 12 glisse plus aisément dans le sens axial jusqu'à sa position d'incorporation cor- recte, son intégration par concordance de formes apportant alors une aide supplémentaire. Concernant cette fonction, il est possible de sélectionner, pour la couche intercalaire 18, un matériau qui brûle lorsque le dispositif est en ser- vice. Lorsqu'on choisit un matériau thermiquement résistant, il en résulte un effet protecteur exercé sur la natte de re- tenue 10. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. -RE V E N D I C A T I ONS- 1. Dispositif de détoxication catalytique ou d'épuration des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, comprenant un carter (2) qui est muni de deux ré- gions extrêmes ouvertes (4), raccordées à une tubulure (6) à gaz d'échappement, et d'un trajet de circulation des gaz d'échappement entre les régions extrêmes (4); deux corps (8) de traitement des gaz d'échappement, pouvant être par- courus par un flux, agencés en succession dans la direction de circulation, et retenus à distance mutuelle dans le car- ter (2); et une bague protectrice (12) délimitant extérieu- rement, dans le sens périphérique, l'intervalle entre les deux corps (8) de traitement des gaz d'échappement, dispo- sitif caractérisé par le fait que la bague protectrice (12) est retenue axialement dans le carter (2), par concordance de formes, au moyen d'un élément de retenue (10) qui l'en- toure extérieurement, un interstice axial (24) étant réser- vé, à l'état incorporé, entre la bague protectrice (12) et au moins l'un des deux corps (8) de traitement des gaz d'échappement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que la bague protectrice (12) présente, ex- térieurement, au moins une saillie périphérique (20) ou au moins un renfoncement périphérique (26). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé par le fait que l'élément de retenue (10) est consigné à demeure dans le carter (2), dans le sens axial, par concordance de formes. 4. Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé par le fait que le carter (2) comporte au moins une moulure périphérique (28) dans la zone d'installation de la bague protectrice (12). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations i à 4, caractérisé par le fait que l'élément de re- tenue fait partie d'une natte de retenue (10), qui retient les deux corps de traitement des gaz d'échappement. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé par le fait que l'élément de re- tenue (10) consiste en un matériau constituant les nattes expansibles. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé par le fait que la bague protec- trice (12) est une bague protectrice en céramique rigide. 8. Dispositif selon la revendication 7, caracté- risé par le fait que le matériau céramique de la bague pro- tectrice (12) est sélectionné en vue d'une bonne conductivi- té thermique. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 8, caractérisé par le fait que la bague protec- trice (12) est entourée par une couche intercalaire (18) sur au moins une partie de sa longueur axiale.