Brevet FR2728303A1 — publié le 19960621

SUPPORT DE POT CATALYTIQUE A ENROULEMENT SPIRALÉ DE FEUILLARD ONDULE, ET SON PROCÉDÉ DE FABRICATION L'invention concerne les supports de pots d'échappement, notamment catalytiques, fabriqués par enroulement spiralé de deux feuillards métalliques adjacents dont l'un au moins est ondulé, et forme des motifs plus ou moins sinusoïdaux de longueur L et d'amplitude.E. De tels pots sont connus dans de nombreuses configurations : ondes sinusoïdales périodiques (US-A-4 186 172), ondes carrées périodiques (US-A-4 755 360), ondes arrondies ou brisées outrepassées (US-A-5 177 960), ondes complexes (CA-A-1 271 183). Le plus souvent, seul un feuillard porte les ondulations, et le feuillard adjacent est lisse. L'enroulement se fait selon une spirale vraie, ou exceptionnellement, selon de fausses spirales, notamment en S (EP-A-0 245 737) de manière à conférer des propriétés spéciales au pot d'échappement. Dans certains cas, le second feuillard peut lui-même être ondulé, selon une période et/ou une amplitude différente du premier feuillard (CA-A-1 271 183 et US-A-5 068 218). Dans l'ensemble des pots connus obtenus par enroulement spiralé, les paramètres géométriques (longueur d'onde et amplitude de l'ondulation) sont définis de manière plutôt empirique et fixés une fois pour toutes au cours de la fabrication du pot. Le but de l'invention est d'améliorer la fabrication des pots existants grâce à une meilleure connaissance et prise en compte de certains paramètres géométriques. Selon l'invention, le rapport L/E de la longueur d'onde à amplitude varie sur la longueur de l'enrou lement. On a en effet découvert, selon l'invention, que ce rapport joue un rôle essentiel dans la tenue mécanique en service du monolithe métallique obtenu par l'enroulement. Afin de simplifier les explications qui vont suivre, on considérera le cas où le second feuillard est lisse, de sorte qu'on ne prendra en compte que les ondulations du premier feuillard. Dans deux couches d'enroulement superposées, les cellules formées entre le feuillard lisse et le feuillard ondulé peuvent être absolument en phase, ou au contraire absolument en opposition de phase, ou dans une position décalée quelconque entre ces deux positions théoriques. La maîtrise du rapport L/E, conformément à l'invention, permet de prévoir la répartition, dans l'enroulement final, des zones comportant des cellules majoritairement en phase (et donc des zones souples) et des zones comportant des cellules majoritairement en opposition de phase (et donc rigides). Autrement dit, la maltrise du rapport L/E permet de choisir dans une certaine mesure l'emplacement de zones rigides et de zones molles du pot d'échappement. Selon un aspect particulièrement avantageux de l'invention, on choisit et modifie le rapport L/E au cours de l'enroulement de manière à favoriser une distribution périphérique en bras spiralés très resserrés équivalent à une mise en série des phases conférant ainsi la plus grande souplesse à la structure : cette distribution de structure rigide au centre mais plus souple en périphérie permet de bien s'accommoder des contraintes locales engendrées par les gradients de température. On peut ainsi, tout en conservant un rapport moyen cellules rigides/cellules souples constant par spire, choisir la forme des zones rigides et des zones souples, différente en périphérie et au centre de l'enroulement, par la modification de rapport L/E notamment on préférera vers le centre une répartition des cellules rigides en secteurs, favorisant la rigidité globale du centre, tandis quten périphérie on préférera une répartition spiralée des cellules rigides (allant éventuellement jusqu'au désordre apparent), donnant plus de souplesse en compression à la zone périphérique. La modification du rapport L/E peut s'effectuer en modifiant les paramètres de réglage (notamment la tension de bande) de la machine onduleuse située généralement immédiatement en amont de l'enrouleuse. Une autre caractéristique de l'invention consiste à superposer à la distribution de phases précitée une modification nette de la géométrie des cellules l'enroulement central correspond à une forte densité de cellules (par exemple 60 à 80 cellules par cm2) et est suivi, éventuellement avec interposition d'une virole séparatrice , d'un second enroulement, périphérique moins dense et plus souple (par exemple 15 à 30 cellules par cm2). Cet agencement permet en plus d'améliorer la distribution du flux de gaz sur la section frontale et donc d'accroître l'efficacité du catalyseur tout en diminuant les gradients de températures et donc les contraintes locales. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit. On se référera aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 montre une structure alvéolaire de pot d'échappement obtenue par enroulement spiralé de deux feuillards dont l'un est ondulé, - la figure 2 montre des cellules alvéolaires en opposition de phase dans trois couches superposées, - la figure 3 montre des cellules en phase, - la figure 4 montre le détail d'une cellule, - les figures 5A à 5G montrent sept répartitions différentes de cellules en phase et en opposition de phase dans des enroulements à rapport L/E constant mais différent de l'un à l'autre, - la figure 6 montre la répartition obtenue par un seul changement de rapport L/E en cours d'enroulement. - la figure 7 est un graphique montrant des résultats d'essais comparatifs de tenue mécanique des structures rigide et souple dans les conditions de chargement anisotherme à déplacement bloqué. La figure 1 montre, enfermé dans une virole 2, un enroulement 1 conjoint de deux feuillards superposés, tels que les feuillards 3 et 4 des figures 2 à 4. Les couches successives peuvent être solidarisées à leurs points de contact par soudure dans les zones marginales 5. Le feuillard 3 est lisse, tandis que le feuillard 4 porte des ondulations trapézoïdales arrondies, formées par des parties plates de crête 6 et de vallée 7 que séparent des parois obliques 8 inclinées à environ 200. L'épaisseur des feuillards est de l'ordre de 40 à 50 micromètres. L'amplitude E des ondulations, c'est-àdire sensiblement à la hauteur de chaque spire enroulée, est de l'ordre de 1 à 2 mm, et la demi-période L/2 est du même ordre. La figure 2 montre des spires superposées ou les ondulations, et les cellules qu'elles forment, sont en opposition totale de phase : les sommets d'une spire correspondent aux vallées de la spire adjacente. I1 en résulte une structure rigide. Au contraire, sur la figure 3, sommets et vallées se correspondent exactement d'une spire à l'autre : les ondulations, et les cellules qu'elles forment, sont en phase d'une spire à la spire voisine. La structure résultante est molle (dans un rapport de grandeur qui peut être de moitié avec la structure rigide). I1 va sans dire que toutes les situations intermédiaires entre ces extrêmes existent. Ainsi qu'il a été expliqué plus haut, on a découvert que la valeur L/E commandait la répartition des zones rigides et des zones molles dans l'enroulement spiralé. On a représenté sur les figures 5A à 5G par des points noirs les cellules rigides de sept enroulements dont les rapports L/E varient entre 1,958 et 2,418. La théorie montre que pour des rapports L/E égaux à 2x/n, on obtient n secteurs en phase intercalés avec n secteurs en opposition de phase (cf. Figure 5D où n = 3) ; en s'écartant de ces valeurs critiques, les secteurs dégénèrent en bras spiraux de plus en plus serrés jusqu'à attendre un désordre apparent (figure 5G). Dans la figure 6, le monolithe a été obtenu par un enroulement où L/E est passé de 2x/3 à 2,3. On voit qu'il est possible, en modifiant le rapport LIE, de réaliser un monolithe à rigidité variable et donc, par un choix judicieux, d'améliorer la stabilité dimensionnelle de la structure à chaud tout en réduisant le niveau des contraintes dans les zones les plus sollicitées. I1 est en particulier avantageux d'augmenter la rigidité dans la partie centrale de l'enroulement, avec une répartition en secteurs très rigide, afin d'en limiter les déformations ; en revanche, on augmente les souplesse de la zone périphérique en transformant les secteurs en spirales qui, telles des ressorts souples, réduisent les contraintes dues aux gradients thermiques. C'est précisément le cas représenté sur la figure 6. Comme on l'a dit plus haut, on peut tout à fait combiner cette double répartition avec une modification de la densité de cellules. Le comportement différent des structures souples obtenues par empilement d'ondulations en phase (P) et de structures rigides correspondant à des ondulations en opposition de phase (O.P.) est illustré sur la figure 7 montrant le résultat d'essai anisotherme à déplacement bloqué sur deux éprouvettes parallélépipédiques constituées de cellules en phase (P) ou en opposition de phase (O.P). On observe bien que les contraintes sont les plus élevées pour la configuration (P), et que la configuration (O.P) résiste beaucoup mieux lors du refroidissement. En conséquence, on a bien intérêt à agencer les arrangements P./O.P. dans la structure alvéolaire, avec au centre la structure rigide (O.P.) et en périphérie la structure souple (P.) qui permet de prendre en charge les contraintes engendrées par les forts gradients thermiques existants dans cette zone. REVENDICATIONS 1. Support de pot d'échappement formé par enroulement spiralé (1) de deux feuillards métalliques adjacents (3, 4) dont l'un (4) est ondulé selon une longueur L et une amplitude E, caractérisé en ce que le rapport L/E varie sur la longueur de l'enroulement (1). 2. Support de pot selon la revendication 1, carac térisé en ce que l'autre feuillard (3) est lisse. 3. Support de pot selon la revendication 2, carac térisé en ce que la variation du rapport jE est choisie pour favoriser au centre de l'enroulement (1) une disposition en secteurs des cellules en opposition de phase, et en périphérie une disposition en spirale. 4. Support de pot selon la revendication 3, caractérisé en ce que la densité de cellules est différente au centre de l'enroulement (1) et en périphérie. 5. Procédé de fabrication d'un support de pot d'échappement par enroulement spiralé de deux feuillards métalliques adjacents (3, 4) dont l'un (4) est préalablement ondulé selon une longueur L et une amplitude E, caractérisé en ce qu'on modifie le rapport L/E au cours de l'enroulement.