Brevet FR2852539A1 — publié le 20040924

La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'un pot catalytique pour le traitement de gaz d'échappement, en particulier de véhicules automobiles. Les catalyseurs contenus dans les pots catalytiques 5 comprennent comme élément essentiel un substrat pouvant être traversé par l'air, qui est pourvu d'un revêtement catalytique (appelé Washcoat). De tels substrats présentent en général une forme cylindrique avec une section transversale ovale ou circulaire et peuvent être traversés 10 du fait de la présence des petits canaux par des gaz d'échappement dans la direction axiale. Le substrat se compose habituellement d'un corps céramique (monolithe céramique) poreux et souvent également d'un corps métallique enroulé avec des canaux d'air axiaux. Selon la présente invention, le pourtour du substrat est entouré d'une enveloppe de boîtier en tôle d'enveloppe, à l'exception des deux faces avant (surface côté arrivée et surface côté sortie de l'écoulement). Pour l'isolation thermique et l'amortissement, le substrat est entouré 20 également d'un matériau isolant disposé entre le substrat et la tôle d'enveloppe: on utilise généralement à cet effet des éléments tricotés ou des nattes. On utilise souvent des nattes en fibres qui se dilatent à des (nattes expansées) et compensent ainsi la dilatation de l'enveloppe 25 du boîtier. Cette disposition d'enveloppe composée de la tôle d'enveloppe et du matériau isolant est appelée également Canning. Les substrats sont maintenus à l'intérieur de ce dispositif par une combinaison de pression et de frottement. Pour l'assemblage du substrat, du matériau isolant et de l'enveloppe, on connaît différents procédés (procédés dits Canning) comme le principe de bourrage, la technique de coque ou le principe d'enroulement. Avec la technique d'enroulement, par exemple la tôle d'enveloppe est coupée 35 en fonction des dimensions prévues prédéfinies du substrat en plus d'un certain "excédent pour le recouvrement" et la tôle d'enveloppe coupée et éventuellement laminée est enroulée autour du substrat enveloppé avec le matériau isolant. Ensuite, la tôle d'enveloppe est soudée dans la zone de chevauchement. L'inconvénient de ce procédé est le 5 chevauchement de l'enveloppe au point de jonction de la tôle d'enveloppe, qui entraîne une cote de passages irrégulière entre le substrat et la tôle d'enveloppe et donc une surcharge mécanique du monolithe dans la zone de chevauchement de l'enveloppe. De plus, les procédés connus ne sont pas en mesure de tenir compte d'un pourtour précis ou d'une forme individuelle du substrat. Des tolérances de fabrication inévitables des dimensions extérieures du substrat entraînent donc également des cotes irrégulières pour les 15 passages d'écoulement et donc le non-respect d'une densité souhaitée de matériau isolant entre le corps du substrat et la tôle d'enveloppe. Tout ceci entraîne un rebut élevé des substrats lors de la fabrication et exige l'utilisation de substrats chers et fabriqués avec précision avec une faible 20 tolérance. En plus, on peut arriver dans le cas de cotes de passages trop grandes lors de l'exploitation ultérieure du catalyseur, en raison des températures extrêmes et très variables des. gaz d'échappement, à un relâchement inopportun et à un déplacement du substrat dans le parcours 25 des gaz d'échappement, ce qui entraîne souvent une destruction du substrat. L'objectif de la présente invention est donc de mettre à disposition un procédé pour la fabrication d'un pot catalytique qui élimine les inconvénients cités de l'état 30 actuel de la technique. Cet objectif est atteint par un procédé selon lequel a) une forme extérieure de la zone du substrat à envelopper par l'enveloppe du boîtier est saisie au moins partiellement, b) la tôle d'enveloppe est coupée et/ou préformée en fonction de la forme saisie du substrat, c) le substrat est introduit dans la tôle d'enveloppe coupée aux dimensions et/ou préformée ou bien la tôle d'enveloppe coupée aux dimensions et/ou préformée est appliquée autour du substrat, et d) la tôle d'enveloppe est fermée sensiblement sans chevauchement à ses bords juxtaposés. Le procédé permet ainsi une prise en compte très précise d'un contour extérieur individuel, en particulier du pourtour et de la forme de chaque substrat individuel, 10 et une fabrication précise, coupée aux dimensions du substrat, de la tôle d'enveloppe. Ceci permet selon l'invention l'assemblage sans chevauchement de la tôle d'enveloppe et le respect d'une cote régulière de passages entre le substrat et la tôle d'enveloppe. En conclusion, on 15 peut utiliser des substrats plus avantageux avec des tolérances de fabrication plus grandes. En supplément, on obtient un rebut plus faible des substrats du fait de la sollicitation mécanique réduite aussi bien pendant le processus de Canning que lors du fonctionnement ultérieur. 20 Il est prévu de préférence de détecter la forme du substrat de façon mécanique, de sorte que le procédé gagne en précision et en rapidité. Ceci peut se faire de préférence sans contact, par exemple par un balayage par faisceau laser (assisté par ordinateur), scannage vidéo et 25 d'autres méthodes de détection de forme sans contact. Ce qui est important pour la fabrication est qu'en premier lieu la zone extérieure du substrat, qui doit être enveloppée ultérieurement par la tôle d'enveloppe, soit saisie dans les endroits importants afin de permettre la 30 fabrication sur mesure de la tôle d'enveloppe. Dans le cas présent, il est prévu de manière particulièrement préférée qu'au moins un pourtour du substrat ou son diamètre soit saisi sans contact. Il est prévu de manière particulièrement préférée que soit déterminé un tracé du 35 diamètre en fonction de la longueur axiale, dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement, du substrat, de sorte que par exemple un certain élargissement linéaire se trouve établi, une torsion le long de l'axe ou un rétrécissement (conicité) du substrat. D'autre part, on peut prévoir de façon particulièrement avantageuse la saisie non seulement 5 du pourtour en ce qui concerne son rayon, mais également une autre forme extérieure complexe du substrat, c'est-àdire son contour tridimensionnel. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à 10 titre d'exemples en références aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 montre une structure d'un pot catalytique en coupe longitudinale, la figure 2 une structure d'un pot catalytique 15 fabriqué selon l'état actuel de la technique en coupe transversale, la figure 3 un schéma fonctionnel d'un déroulement de procédé pour la fabrication d'un pot catalytique selon une conception préférée de l'invention et la figure 4 une structure d'un pot catalytique fabriqué selon l'invention en coupe transversale. Une structure caractéristique d'un pot catalytique est représentée schématiquement sur les figures 1 et 2. La figure 1 montre le pot catalytique désigné globalement par 25 10 en coupe longitudinale et la figure 2 un catalyseur 10 fabriqué de façon classique en coupe longitudinale selon la coupe présentée sur la figure 1. L'élément essentiel du catalyseur 10 est un substrat 12, par exemple un monolithe céramique en cordiérite. Le 30 substrat 12 traversé par de nombreux canaux pouvant être parcourus par les gaz d'échappement est le support d'un revêtement à activité catalytique non représenté, qui se compose du Washcoat et d'un composant en métal précieux. Le Washcoat est une couche poreuse à base d'oxyde d'aluminium, 35 qui sert à l'agrandissement de la surface du substrat et à l'adhérence du métal précieux. Le substrat 12 a une forme sensiblement cylindrique avec une section transversale ovale (voir figure 2). Sur la figure 1, un côté arrivée de l'écoulement du substrat 12 est repéré par la référence 14 et un côté sortie de l'écoulement par 14'. Le substrat 12 est entouré par un matériau isolant 16. Dans le cas présent, il s'agit par exemple d'une natte de fibres résistante aux hautes températures, qui contient des additifs qui se dilatent aux températures élevées. Le substrat 12 et le matériau isolant 16 sont 10 enveloppés également sur leur pourtour extérieur par une enveloppe de boîtier 18 en tôle métallique. Afin d'illustrer la position de montage du catalyseur dans le parcours des gaz d'échappement d'un véhicule, le sens d'écoulement d'un flux de gaz d'échappement 20 est 15 également indiqué sur la figure 1. D'après les procédés classiques de Canning, l'assemblage du substrat 12 et du Canning composé du matériau isolant 16 et l'enveloppe de boîtier 18 s'effectue en enroulant d'abord le substrat 12 dans une natte de 20 fibres coupée aux dimensions du matériau isolant 16. Ensuite, le substrat 12 enroulé dans le matériau isolant 16 est enroulé dans la tôle d'enveloppe coupée aux dimensions avec une surcote et éventuellement prélaminée. Enfin, on procède à un soudage de la tôle d'enveloppe dans la zone de 25 chevauchement 22 (voir figure 2). Cette façon de procéder entraîne l'effet inopportun que, au dessous du point de chevauchement 22, une cote de passages prédéfinie entre le substrat 12 et l'enveloppe de boîtier 18 n'est pas respectée, et en particulier est sous30 dépassée (voir flèche sur la figure 2). Les cotes de passages caractéristiques varient de 2,7 mm à 3,8 mm et dépendent du poids surfacique [g/m2] et de la nature [fibre ou natte expansée] de la natte. En outre, le procédé ne tient compte d'aucun des écarts consécutifs à la 35 fabrication du pourtour du substrat 12 par rapport à une cote souhaitée. Aussi bien le point de chevauchement 22 que les tolérances de fabrication du substrat 12 aboutissent à des cotes de passages irrégulières entre le substrat 12 et l'enveloppe de boîtier 18 ainsi qu'à un non-respect d'une densité de matériau souhaitée du matériau isolant 16. 5 Compte tenu de la charge mécanique occasionnée de ce fait du substrat 12 pendant le procédé de Canning et lors du montage du catalyseur 10, on arrive à l'effondrement de certaines cellules du substrat jusqu'à enfin la destruction complète du substrat dans l'exploitation ultérieure. Afin 10 d'éviter cela, on en est venu habituellement à utiliser des substrats 12 chers avec de faibles tolérances de fabrication. Afin d'éviter ces inconvénients, on a développé selon l'invention un nouveau procédé de fabrication pour le 15 catalyseur 10, dont le déroulement est illustré sur la figure 3. Le procédé commence par l'étape S1, dans laquelle un contour extérieur du substrat 12 est saisi par machine au moins par zones. En particulier on détermine le pourtour extérieur du substrat 12 qui devra être entouré 20 ultérieurement par l'enveloppe de boîtier 18. Par exemple, une section transversale du substrat 12 qui se rétrécit sur le trajet des gaz d'échappement peut être saisie. La saisie s'effectue de préférence par ordinateur avec un système sans contact. Dans l'étape S2 consécutive, on effectue la coupe aux dimensions de la tôle d'enveloppe servant pour l'enveloppe de boîtier 18 en fonction de la forme saisie auparavant du substrat 12. Dans le cas présent, la cote de passages souhaitée entre le substrat 12 et l'enveloppe de boîtier 18 30 est prise en compte sous la forme d'un certain excédent de matériau (calculé). Les dimensions de la partie coupée sont déterminées par ordinateur, la forme extérieure en trois dimensions, déterminée lors de l'étape Si, du substrat 12 étant convertie en la surface appropriée en deux 35 dimensions. De même l'opération du coupage aux dimensions s'effectue de préférence automatiquement. Le calcul des cotes et la coupe aux dimensions y correspondant peuvent être intégrés dans un procédé de Canning entièrement automatique. Dans une étape S3 optionnelle, on peut procéder à un 5 préformage de la tôle d'enveloppe. Dans le cas présent, on peut générer en particulier par laminage une précourbure de la tôle d'enveloppe. Ensuite, on procède dans l'étape S4 à l'assemblage du substrat 12, du matériau isolant 16 et de la tôle 10 d'enveloppe 18. Ici, le substrat 12 est enroulé dans le matériau isolant 16 coupé aux dimensions. Ensuite, cette unité est introduite dans la tôle d'enveloppe coupée aux dimensions et préformée et est enveloppée par celle-ci. Enfin, l'assemblage de bord à bord de la tôle 15 d'enveloppe pour former l'enveloppe du boîtier s'effectue lors de l'étape S5. Les arêtes contiguës les unes aux autres de la tôle d'enveloppe sont alors reliées sans chevauchement (bout à bout) les unes avec les autres, en particulier soudées. La soudure peut se faire par exemple 20 par soudage au laser. L'ensemble de la procédure représenté sur la figure 3 est effectué pour chaque substrat 12 individuel. De cette façon, chaque substrat 12 individuel reçoit une enveloppe du boîtier 18 coupée quasiment sur mesure. Le résultat avantageux du procédé conforme à l'invention est visible sur la figure 4, o un catalyseur 10 ainsi fabriqué est représenté en coupe transversale. Ici, des éléments identiques sont désignés par les mêmes références que sur les figures 1 et 2. Le catalyseur 10 30 fabriqué de cette façon se caractérise en particulier par une cote de passages régulière sur l'ensemble du pourtour de substrat entre le substrat 12 et l'enveloppe de boîtier 18. En particulier la cote de passages se trouvant audessous du point de soudure 24 ne présente aucun 35 rétrécissement par rapport aux autres zones. Liste des références Pot catalytique 12 Substrat 14 Côté arrivée d'écoulement 16 Matériau isolant/natte 18 Enveloppe de boîtier Flux des gaz d'échappement 22 Zone de chevauchement 10 24 Point de soudure. REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer un pot catalytique (10), qui comprend un substrat (12) présentant un revêtement catalytique et une enveloppe de boîtier (18), enveloppant 5 au moins par endroits le substrat (12), en tôle d'enveloppe, a) une forme extérieure de la zone du substrat (12), à entourer par l'enveloppe de boîtier (18) étant au moins partiellement saisie, b) la tôle d'enveloppe étant coupée aux mesures et/ou préformée en fonction de la forme saisie du substrat (12), c) le substrat (12) étant introduit dans la tôle d'enveloppe (18) coupée aux mesures et/ou préformée ou la tôle d'enveloppe (18) coupée aux mesures et/ou préformée 15 étant appliquée autour du substrat (12), et d) la tôle d'enveloppe étant fermée sensiblement sans chevauchement aux bords juxtaposés. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la saisie de la forme du substrat (12) s'effectue par 20 machine. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la saisie de la forme du substrat (12) s'effectue sans contact, en particulier par balayage laser, scannage vidéo ou autre détection de forme sans contact. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la forme saisie comprend au moins un pourtour du substrat (12) dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce 30 qu'un tracé du pourtour est saisi sur une longueur du substrat (12) dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une forme extérieure du 35 substrat (12) est saisie. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le catalyseur comprend un matériau isolant (16) disposé au moins par endroits entre le substrat (12) et l'enveloppe de boîtier (18) et le 5 substrat (12) est enveloppé avec le matériau isolant avant l'application de la tôle d'enveloppe coupée aux dimensions et/ou préformée. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de la coupe aux 10 dimensions de la tôle d'enveloppe, une cote de passages prédéfinissable entre le substrat (12) et l'enveloppe de boîtier (18) est prise en compte. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la coupe aux dimensions 15 de la tôle d'enveloppe s'effectue de façon automatisée, en particulier assistée par ordinateur. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'assemblage des arêtes juxtaposées de la tôle d'enveloppe (18) s'effectue par soudage, en particulier par soudage au laser.