Brevet FR2809768A3 — publié le 20011207

FR 2809768 A3 20011207 FR 0007194 A 20000606 MODULE DE POT CATALYTIQUE La présente invention concerne un module de pot catalytique pour moteurs à combustion. Un module de pot catalytique du type générique pour moteurs à combustion présente un élément catalyseur et une enveloppe métallique du catalyseur en forme de tube, qui enveloppe l'élément catalyseur. De tels modules de pot catalytique sont installés dans les pots d'échappement des moteurs à combustion, en particulier de véhicules, et servent à réduire la charge de polluants contenue dans les gaz d'échappement. Les catalyseurs se composent d'un matériau de substrat à revêtement actif, des granulés et des monolithes céramiques ou métalliques étant employés comme éléments de substrats. La couche active du catalyseur se compose de petites quantités de métal noble (platine, rhodium, palladium). Sur la surface des particules de métal noble, dont la température en service peut atteindre plusieurs centaines de degrés C, les hydrocarbures non brûlés ou partiellement brûlés et le monoxyde de carbone sont oxydés et les oxydes d'azote réduits. Le concept le plus performant pour le retraitement des gaz d'échappement dans les moteurs à essence est celui du pot catalytique dit pot catalytique trois voies ou pot catalytique sélectif. Certains fabricants ont essayé de se passer d'élément catalyseur séparé et, à la place, de munir la surface intérieure de l'échappement d'un revêtement à activité catalytique. Compte tenu du renforcement des directives en matière de gaz d'échappement, il est cependant impossible aujourd'hui de se passer d'un élément catalyseur de grande surface. Afin de protéger l'élément catalyseur vis-à-vis des sollicitations mécaniques et thermiques, il est généralement enveloppé dans un boîtier métallique, qui peut également être qualifié d'enveloppe de catalyseur. Dans l'art antérieur, l'enveloppe du catalyseur est soudée aux éléments voisins. De ce point de vue, un inconvénient est que, pour fabriquer un composant prêt à installer, un relativement grand nombre d'étapes est nécessaire, ce qui entraîne des coûts élevés. Un autre inconvénient est que les propriétés mécaniques et de conduction thermique des assemblages soudés se dégradent avec l'âge en raison des contraintes thermiques et mécaniques considérables qui règnent dans l'échappement. Une bonne évacuation de la chaleur hors de l'élément catalyseur est en revanche extrêmement importante, car les réactions de réduction et d'oxydation qui se déroulent à la surface du catalyseur laissent de grandes quantités de chaleur dans le catalyseur. En cas de mauvaise évacuation de la chaleur depuis l'élément catalyseur, il existe un risque de destruction ou de dégradation des zones à activité catalytique. Dans ce contexte, l'objectif de la présente invention est de proposer un module de pot catalytique prêt-à-monter pour moteurs à combustion qui, tout en étant d'une fabrication simplifiée, satisfasse à des exigences renforcées en termes de résistance mécanique et thermique. Cet objectif est atteint par le module de pot catalytique présentant les caractéristiques suivantes l'enveloppe tubulaire du catalyseur est prolongée d'un seul tenant au-delà de l'élément catalyseur par un diffuseur tubulaire. Selon la présente invention, il est prévu dans un module de pot catalytique que l'enveloppe du catalyseur soit prolongée d'un seul tenant au-delà de l'élément catalyseur par un diffuseur tubulaire. Un avantage important du module de pot catalytique selon la présente invention est qu'aucune soudure n'est plus nécessaire. Ainsi, d'une part, on économise des coûts. D'autre part, on atteint avec la construction d'un seul tenant des propriétés nettement améliorées en termes de résistance mécanique et thermique, ce qui a des conséquences positives sur la durée de vie du module de pot catalytique. Un avantage important réside de plus dans la meilleure évacuation de chaleur depuis l'enveloppe du catalyseur, inhérente à la construction d'un seul tenant. Cela a potentiellement un effet positif sur la durée de vie des zones à activité catalytique de l'élément catalyseur. On peut considérer en outre qu'une idée centrale de l'invention est que la fonctionnalité de l'enveloppe du catalyseur, au-delà de la fonction de protection mécanique et thermique de l'élément catalyseur, est élargie de la fonctionnalité d'un diffuseur, qui accélère le nettoyage du cylindre. Un mode de réalisation particulièrement préféré du module de pot catalytique selon la présente invention est caractérisé en ce que le diffuseur s'ouvre en direction de l'élément catalyseur. Ainsi, on obtient premièrement de bonnes propriétés de réflexion acoustique, et deuxièmement une exposition plus uniforme de l'élément catalyseur aux gaz d'échappement. Un autre mode de réalisation avantageux est caractérisé en ce qu'un pré-catalyseur et une enveloppe de pré-catalyseur tubulaire qui enveloppe le pré-catalyseur sont prévus, l'enveloppe de pré-catalyseur tubulaire se raccordant de manière solidaire au diffuseur au niveau d'une extrémité opposée à l'élément catalyseur. Du fait de l'utilisation d'un pré-catalyseur, qui est placé de préférence dans la zone avant de l'échappement, c'est-à-dire plus près du moteur, le module de catalyseur peut présenter un taux de conversion amélioré. L'enveloppe de pré-catalyseur peut éventuellement être suivie en plus d'un autre prolongement conique. Une variante avantageuse du module de pot catalytique à pré-catalyseur réside dans le fait que l'élément catalyseur et le pré-catalyseur sont conformés avec une structure cellulaire et que le pré- catalyseur présente un plus petit nombre de cellules que l'élément catalyseur. Cela est avantageux car la contre-pression des gaz d'échappement est supérieure dans la partie avant de l'échappement. De plus, il est avantageux de conformer le module de pot catalytique de telle manière que la face intérieure du diffuseur soit munie d'un revêtement à activité catalytique. Cela augmente la surface à activité catalytique, donc le taux de conversion du catalyseur. Une nouvelle augmentation de la surface active peut finalement être obtenue par le fait que toute la sur face du module de pot catalytique est munie d'un revêtement à activité catalytique. I1 est possible en particulier de réaliser en une seule opération le revêtement de l'élément catalyseur et de la face inté rieure du diffuseur ou, éventuellement, le revêtement de toute la surface du module de catalyseur. Des propriétés améliorées en termes d'amortissement acoustique peuvent en outre être obte nues pour le diffuseur par le fait que le diffuseur est muni d'une pluralité de trous, ou par le fait que le diffuseur présente une courbure à une extrémité opposée à l'élément catalyseur. L'invention va être décrite à titre d'exemple dans ce qui suit à l'aide des dessins. Sont repré sentés Figure 1 : une vue de côté d'un module de pot catalytique selon la présente invention, par exemple pour un moteur à combustion à deux temps ; et Figure 2 : une vue d'un module de catalyseur selon la présente invention qui est installé dans un dispositif d'échappement. L'élément central du module de pot catalytique 1 représenté sur la Figure 1 est un élément cata lyseur 3, qui comporte un substrat métallique qui est construit suivant une structure cellulaire 23. Du fait de la structure cellulaire 23, on obtient une grande surface interne, laquelle est munie d'un revêtement en métaux nobles à activité catalytique. Pour la protection contre les contraintes thermiques et mécaniques, l'élément catalyseur 3 est enveloppé dans une enveloppe métallique 7 de catalyseur. Le substrat métallique de l'élément cata lyseur 3 est brasé à l'enveloppe 7 du catalyseur. Selon la présente invention, l'enveloppe 7 de cata lyseur est prolongée au-delà de l'élément catalyseur 3 par un diffuseur tubulaire 9 solidaire. Au diffuseur 9 se raccorde de manière solidaire un pré-catalyseur 27, qui est enveloppé d'une enveloppe 29 de pré-catalyseur. Comme l'élément catalyseur 3, le pré-catalyseur 27 est également réalisé avec une structure cellulaire 28. Le module de pot catalytique 1 est installé dans un échappement de telle manière que le pré-ca- talyseur 27 se trouve plus près du moteur que l'élément catalyseur 3. Comme la contre-pressioii des gaz d'échappement est plus grande dans la zone avant de l'échappement, qui est plus proche du moteur, que dans la zone arrière, la structure cellulaire 28 du pré-catalyseur est munie d'un plus petit nombre de cellules que la structure cellulaire 23 de l'élément catalyseur 3. Dans l'ensemble, le module de pot catalytique 1 présente une symétrie de rotation par rapport à un axe 21, l'élément catalyseur 3, la partie correspondante de l'enveloppe 7 de catalyseur, le pré- catalyseur 27 et l'enveloppe 29 du pré-catalyseur ont une forme cylindrique circulaire et le diffu seur 9 s'effile de manière conique quand on s'éloigne de l'élément catalyseur 3. La longueur 11 du diffuseur 9 est un multiple de la longueur 13 de l'élément catalyseur 3 et de la longueur 14 du pré- catalyseur 27. En cas de besoin, le pré-catalyseur 27 peut être suivi d'un autre diffuseur (non représenté). qui est formé par exemple de manière conique, de façon similaire au diffuseur 9. Dans ce cas, l'enve loppe du diffuseur supplémentaire est également formée solidaire des deux enveloppes 7, 29 du catalyseur et du diffuseur 9. Le diffuseur 9 est muni dans son enveloppe d'une pluralité de trous 15, dont quelques uns seulement sont représentés à titre d'exemple sur la Figure 1. Sur la Figure 2 est représenté un module de pot catalytique 1 selon la présente invention. qui est installé dans un échappement 25. Les parties équivalentes sont munies des mêmes numéros de référence que sur la Figure 1. Cependant, à la différence de l'exemple de réalisation représenté sur la Figure 1, le diffuseur 9 est ici nettement plus long et présente en outre une forme cylindre non continue. Le diffuseur 9 est adapté à la forme de l'échappement au niveau de son extrémité oppo sée à l'élément catalyseur 3 et présente un coude 19. REVENDICATIONS 1. Module de pot catalytique (1) pour moteurs à combustion, avec un élément catalyseur (3) et une enveloppe métallique de catalyseur tubulaire (7), qui enveloppe l'élément catalyseur (3), ca- ractérisé en ce que l'enveloppe tubulaire (7) du catalyseur est prolongée d'un seul tenant au- delà de l'élément catalyseur (3) par un diffuseur tubulaire (9). 2. Module de pot catalytique selon la Revendication 1, caractérisé en ce que le diffuseur (9) s'ouvre en direction de l'élément catalyseur (3). 3. Module de pot catalytique selon la Revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un pré-ca- talyseur (27) et une enveloppe tubulaire (29) de pré-catalyseur qui enveloppe le pré-catalyseur (27) sont prévus, l'enveloppe tubulaire (29) du pré-catalyseur se raccordant de manière solidaire au dif fuseur (9) au niveau d'une extrémité (17) opposée à l'élément catalyseur (3). 4. Module de pot catalytique selon la Revendication 3, caractérisé en ce que l'élément ca talyseur (3) et le pré-catalyseur (27) sont conformés avec une structure cellulaire (23, 28) et en ce que le pré-catalyseur (27) présente un plus petit nombre de cellules que l'élément catalyseur (3). 5. Module de pot catalytique selon l'une quelconque des Revendications précédentes, carac- térisé en ce que la face intérieure du diffuseur (9) est munie d'un revêtement à activité catalyti que. 6. Module de pot catalytique selon l'une quelconque des Revendications précédentes, carac- térisé en ce que toute la surface du module de pot catalytique (1) est munie d'un revêtement à activité catalytique. 7. Module de pot catalytique selon l'une quelconque des Revendications précédentes, carac- térisé en ce que le diffuseur (9) est muni d'une pluralité de trous (15). 8. Module de pot catalytique selon l'une quelconque des Revendications précédentes, carac- térisé en ce que le diffuseur (9) présente un coude (19)à une extrémité (17) opposée à l'élément catalyseur (3).