Brevet FR2884554A1 — publié le 20061020

manifestent sous la forme d'une obstruction des fins pores de la couche washcoat par des particules présentes dans les gaz d'échappement, ce en raison de quoi le matériau du catalyseur est enfermé et perd ainsi son efficacité. Par le document DE 198 32 625 C2, on connaît un procédé pour la fabrication d'un réacteur par empilement de plaques pour la génération d'hydrogène à partir d'hydrocarbures, une ébauche étant réalisée à partir d'une matière catalytique. L'ébauche est conçue en tant que plaque de catalyseur. Pour la fabrication dudit réacteur par empilement de plaques, des plaques de catalyseur sont empilées les unes sur les autres et o frittées sous pression. Le volume des plaques de catalyseur demeure sensiblement constant pendant le frittage sous pression. Le réacteur par empilement de plaques connu n'est pas apte à l'intégration dans un dispositif d'épuration de gaz d'échappement pour véhicules automobiles. Par le document DE 199 35 276 AI, on connaît un procédé pour la fabrication d'éléments de construction, une masse pulvérulente métallique étant mélangée avec un liant. Le façonnage de l'ébauche ainsi obtenue est réalisé par moulage par injection de métal. Ensuite a lieu une extraction du liant de l'élément fabriqué, dans le cadre de laquelle 75% du liant est extrait de l'ébauche. Pour éviter l'absorption de substances polluantes supplémentaires, comme oxygène, carbone et azote, un frittage de l'élément de construction est effectué dans une chambre du four de frittage avec un vacuum d'un ordre de grandeur de > 10.5 mbar. Le procédé connu sert à la fabrication d'éléments de construction façonnés de manière complexe et non pas à la fabrication d'un élément catalyseur pour un dispositif d'épuration de gaz d'échappement pour véhicule automobile. Le but de la présente invention est de développer un dispositif d'épuration de gaz d'échappement pour véhicules automobiles ainsi qu'un procédé pour la fabrication d'un élément catalyseur pour véhicules automobiles de manière à simplifier et à réduire le coût de la fabrication et à assurer une réduction durable et efficace des substances nocives contenues dans les gaz d'échappement. Pour la solution de ce problème, l'invention est caractérisée, en relation avec un dispositif décrit au préambule, en ce que l'élément catalyseur consiste essentiellement en un matériau catalytique fritté. L'avantage particulier de l'invention réside dans le fait que l'élément catalyseur consiste en un matériau catalytique homogène et efficace sur le plan catalytique, qui a été fabriqué par frittage et présente une surface relativement grande. L'idée, sur laquelle est basée l'invention, est de prévoir un élément catalyseur homogène qui assure, d'une part, un effet catalytique efficace et une stabilité durable, et, d'autre part, une bonne stabilité mécanique. De manière avantageuse, l'élément catalyseur ne présente pas de couche de support (washcoat) et, de préférence, pas de couche de métal précieux. Sa structure est ainsi relativement homogène. Selon une forme de réalisation préférentielle de l'invention, le matériau catalytique de l'élément catalyseur est fabriqué à partir d'une poudre métallique, frittée de préférence sans pression, qui prédétermine l'efficacité catalytique de l'élément catalyseur. Ledit élément catalyseur présente une fermeté interne, de sorte qu'un boîtier protecteur peut être considéré comme étant superflu. Selon un développement de l'invention, l'élément catalyseur est formé par plusieurs plaques de catalyseur disposées, espacées les unes des autres, dans la direction de l'écoulement, lesdites plaques de catalyseur étant fabriquées individuellement par frittage. En raison de l'espacement axial des plaques de catalyseur, les unes par rapport aux autres, un écoulement turbulent des gaz d'échappement est généré ce qui améliore l'efficacité catalytique de l'élément catalyseur. Du fait que la distance axiale de plaques de catalyseur voisines, les unes par rapport aux autres, est déterminée en fonction de l'épaisseur des plaques de catalyseur, il est possible d'améliorer l'homogénéisation des gaz d'échappement par l'élément catalyseur. Selon un développement de l'invention, il est prévu, pour la transformation des substances polluantes des gaz d'échappement, qu'au moins deux plaques de catalyseur, associées à un élément catalyseur, présentent un effet catalytique différent. Une première plaque de catalyseur peut consister en un premier matériau catalytique pour la transformation de carbure d'azote et de monoxyde de carbone. Une deuxième plaque de catalyseur peut consister en un autre matériau catalytique pour la transformation de sous-produits de la carbonisation. De manière avantageuse, on peut ainsi obtenir une répartition optimisée des matières catalytiques à l'intérieur de l'élément catalyseur. Selon un développement de l'invention, des plaques de catalyseur présentent, préférentiellement, dans la région des bords, une section en forme de collet au moyen de laquelle des plaques de catalyseur voisines peuvent être assemblées. De manière avantageuse, l'élément catalyseur présente une structure compacte et ne nécessite pas de boîtier supplémentaire. Selon un développement de l'invention, au moins une plaque de catalyseur est revêtue d'une couche de métal précieux. Ceci permet d'améliorer l'effet catalytique de l'élément catalyseur. Pour solutionner le problème, le procédé de fabrication d'un élément catalyseur pour véhicules automobiles, objet de l'invention, est caractérisé en ce qu'une masse pulvérulente métallique, en provenance d'une matière catalytique, est mélangée avec un liant, et mise, pour la fabrication d'une ébauche, dans un moule déterminant la forme de l'élément catalyseur, en ce que le liant est durci par un apport de chaleur, et que l'ébauche est frittée sans pression, et avec évaporation du liant. L'ébauche peut être pressée à partir d'une masse pulvérulente uniforme. II est préférable que les plaques de catalyseur soient pressés à une densité élevée et que les canaux d'écoulement consistant en poudre métallique et en liant sont ensuite formés dans un autre moule. L'avantage particulier du procédé selon l'invention réside dans le fait qu'il est ainsi possible de fabriquer un élément catalyseur compact et mécaniquement stable en lui-même, tout en assurant simultanément une fonction catalytique efficace. Ceci est essentiellement obtenu du fait qu'une masse pulvérulente métallique, à effet catalytique, est frittée sans pression. L'élément catalyseur ainsi fabriqué présente une porosité adaptée pour assurer la réduction de substances nocives dans les gaz d'échappement de véhicules automobiles. L'efficacité est améliorée par plusieurs canaux d'écoulement qui sont régulièrement répartis. Deux exemples de réalisation de l'invention sont expliqués plus amplement, ci-après, à l'appui des dessins. Ceux-ci représentent: Figure 1 une vue de face, en perspective, d'un élément catalyseur selon une première forme d'exécution, Figure 2 une vue de face d'une plaque de catalyseur de l'élément catalyseur selon la figure 1, Figure 3 une vue de face d'un élément catalyseur selon une deuxième forme d'exécution, dans la direction axiale de celui-ci, Figure 4 une coupe longitudinale d'un élément catalyseur, le long de la ligne IV- IV de la figure 3, et Figure 5 une vue en coupe partielle X, à plus grande échelle,selon la figure 4. Dans une première forme d'exécution selon les figures 1 et 2, un dispositif d'épuration de gaz d'échappement 1 pour véhicules automobiles est essentiellement composé d'un élément catalyseur 2 et d'un boîtier 3 qui entoure ledit élément catalyseur 2. L'élément catalyseur 2 présente plusieurs plaques de catalyseur 5 qui sont disposées, les unes derrière les autres, dans la direction d'écoulement 4 d'un gaz d'échappement. Les plaques de catalyseur 5 présentent, chacune, des canaux d'écoulement 6 qui, orientés dans la direction d'écoulement 4 et présentant une section transversale carrée, ou, respectivement, rectangulaire ou alvéolée, s'étendent entre un côté d'entrée circulaire 7 et un côté de sortie circulaire 8 de même grandeur de ladite plaque de catalyseur 5, en étant limités par des parois 13. Les canaux d'écoulement 6 servent au passage des gaz d'échappement, une transformation des substances nocives de la combustion, hydrocarbure, monoxyde de carbone et oxyde d'azote, en dioxyde de carbone, eau et azote ayant lieu grâce à l'efficacité catalytique de la plaque de catalyseur 5 en matériau catalytique. Les canaux d'écoulement 6 présentent chacun une surface ouverte dans un domaine de 1 mm2 à 1,2 mm2. L'épaisseur des parois 13 de canaux d'écoulement 6 voisins est d'environ 0,25 mm. Les plaques de catalyseur 5, qui sont au nombre de cinq dans la forme d'exécution 35 représentée à titre d'exemple, sont disposées, les unes par rapport aux autres, à une distance a d'environ 3 mm. De cette manière, un écoulement turbulent du gaz d'échappement est provoqué lors de la mise en oeuvre du dispositif d'épuration de gaz d'échappement 1, ce qui améliore la fonction catalytique. Les plaques de catalyseur 5, qui présentent chacune une surface périphérique circulaire 9 sont de même grandeur. La plaque de catalyseur 5 possède préférentiellement une épaisseur d de 20 mm. L'épaisseur d est le résultat d'un calcul dans lequel les paramètres épaisseur des parois de canaux 13, section transversale des canaux d'écoulement 6 et intervalle a entre les plaques de catalyseur 5 sont variés de telle manière que l'on obtient un indice de l'homogénéité du flux aussi élevé que possible et des pourcentages de flux turbulents aussi élevés que possible. Les plaques de catalyseur 5 sont maintenues dans le boîtier cylindrique 3 par l'intermédiaire d'un tapis 10 résistant aux températures élevées qui entoure la surface périphérique 9 des plaques de catalyseur 5. Le boîtier cylindrique 3 présente, frontalement, une tubulure d'entrée 11, d'une part, et une tubulure de sortie 12, d'autre part, auxquelles est raccordé, côté moteur, respectivement côté échappement, un tube qui n'est pas représenté. Pour mettre en évidence la structure du dispositif d'épuration de gaz d'échappement 1, la figure 1 représente le boîtier 3 respectivement le tapis 10 en coupe. Le boîtier 3 est préférentiellement fabriqué en tôle. Le tapis 10, qui s'étend entre une surface intérieure du boîtier 3 et les surfaces périphériques 9 des plaques de catalyseur 5, exerce un effet amortissant et simultanément isolant à l'intérieur du boîtier 3. Selon une forme d'exécution alternative, non représentée, on peut aussi utiliser un treillis en fils métalliques à la place dudit tapis pour la fixation des plaques de catalyseur 5. Les plaques de catalyseur 5 consistent en une matière catalytique frittée. Conformément à l'invention, il est prévu de mélanger avec un liant une masse pulvérulente métallique, prédéterminée, exerçant un effet catalytique, et d'en remplir un moule. Le moule présente une forme qui prédétermine la forme de l'élément catalyseur, respectivement de chaque plaque de catalyseur, de sorte que l'on obtient une ébauche en forme de plaque qui est pourvue de canaux d'écoulement 6 adéquats. A la suite de ceci, l'ébauche, demeurée dans le moule, est soumise, dans un four, à un traitement thermique, défini, le liant durcissant sous l'effet de l'apport de chaleur. L'ébauche peut être ensuite extraite du moule. Au cours d'une autre étape du processus, l'ébauche est frittée sans pression, le liant s'évaporant presque complètement et l'ébauche présentant une fermeté améliorée. La densité de l'ébauche peut ainsi monter au double. Le dimensionnement du moule doit donc être adéquatement plus grand, afin que l'on obtienne une plaque de catalyseur présentant une grandeur prédéterminée. Selon une première forme de réalisation de l'invention, toutes les plaques de catalyseur 5 peuvent consister en un même matériau catalytique de sorte que l'effet catalytique de chaque plaque de catalyseur 5 soit efficace en ce qui concerne la transformation des substances nocives de combustion, hydrocarbure, monoxyde de carbone et oxyde d'azote. Dans une forme de réalisation alternative, on peut également prévoir qu'au moins deux plaques de catalyseur voisines 5 consistent en matériaux catalytiques différents. C'est ainsi, par exemple, qu'une première plaque de catalyseur 5', située côté arrivée du flux, peut consister en une matière catalytique, comme aluminium, manganèse, vanadium, molybdène, silicium, chrome et / ou fer qui catalyse principalement l'oxydation des carbures d'hydrogène et le monoxyde de carbone. Une deuxième plaque de catalyseur 5" voisine, située côté sortie du flux, comprend entre autres matières catalytiques, du nickel de sorte que la réduction d'oxydes d'azote est favorisée. Selon une forme de réalisation non représentée, la plaque de catalyseur 5, 5', 5" peut, pour l'optimisation de l'effet catalytique, être pourvue d'une couche de métal précieux, en l'occurrence d'une couche de platine, de palladium et / ou de rhodium. Selon une forme d'exécution alternative d'un dispositif d'épuration de gaz d'échappement 20, selon figures 3 à 5, on a prévu un élément catalyseur 21 qui se différencie de la première forme d'exécution en ce qu'une section de tube 22, 22' de boîtier s'amincissant est seulement raccordée côté frontal, La section de tube 22, 22' conduit à une tubulure d'entrée 23, respectivement à une tubulure de sortie 24, à laquelle des tuyaux, non représentés, sont raccordés côté moteur, respectivement côté échappement. Les pièces semblables de la première et de la deuxième forme d'exécution sont pourvues des mêmes références numériques. Entre les sections de tubes 22 et 22', situées vis-à-vis l'une de l'autre, s'étend l'élément 35 catalyseur 21 qui est composé de plusieurs plaques de catalyseur 25 étanches à l'air qui sont reliées entre elles. Dans ce but, chaque plaque de catalyseur 25, qui, dans une zone d'écoulement médiane 27, parsemée de canaux d'écoulement 26, est conçue de manière analogue à la plaque de catalyseur 5, présente, sur un bord extérieur 28, une section en forme de collet 29, en saillie axiale du plan dans lequel s'étend la plaque de catalyseur 25, et une section périphérique 30 en forme de gradin qui s'étend dans le plan de la plaque de catalyseur 25. La section en collet 29 d'une première plaque de catalyseur 25' s'engage géométriquement dans un évidement de la section périphérique 30 de la deuxième plaque de catalyseur 25" voisine, de sorte les surfaces du manteau M extérieures dans la direction radiale des sections en collet 29 et des sections périphériques 30 des plaques de catalyseur 25', 25" sont à fleur. L'élément catalyseur 21 cylindrique, ainsi formé, présente de ce fait une enveloppe M à surface homogène, de section transversale circulaire, le bord extérieur 28 de l'élément catalyseur 21 assumant une fonction de boîtier. Dans ce but, l'épaisseur de la section en collet 29 et de la section périphérique 30 est sélectionnée de manière à ce que l'on obtienne une épaisseur de paroi w de 2 à 3 mm. Pour maintenir un intervalle axial a prédéterminé entre les plaques de catalyseur voisines 25, 25', 25", la section périphérique 30 présente une saillie axiale 31 dont la longueur correspond à l'intervalle axial a. La saillie axiale 31 présente une surface de butée 32 contre laquelle porte une surface frontale de la section périphérique 30 de la plaque de catalyseur voisine 25" qui s'étend à fleur des côtés frontaux 33 des canaux d'écoulement 26. Les plaques de catalyseur 25, 25', 25" sont reliées les unes avec les autres, et les plaques de catalyseur 25 avec les tubulures d'entrée en forme d'entonnoirs 23, respectivement avec la tubulure de sortie 24, par brasage. De manière alternative, la liaison des plaques de catalyseur 25 peut être aussi réalisée par frittage ou par soudure. Les tubulures d'entrée 23 et la tubulure de sortie 24 doivent être alors reliées ensuite par brasage ou soudure aux plaques de catalyseur 25 côté marginal. Préférentiellement, les plaques de catalyseur 25, 25', 25" sont disposées dans la direction périphérique en étant tournées les unes par rapport aux autres d'un angle prédéterminé, de sorte que les parois 13 de canaux de plaques de catalyseur 25, 25', 25" voisines s'entrecoupent dans la direction d'écoulement 4. Ceci favorise la génération de turbulences dans le flux de gaz d'échappement. La structure et le mode de fabrication des différentes plaques de catalyseur 25, 25', 25" correspondent à la structure et au mode de fabrication des plaques de catalyseur 5, 5', 5" de la première forme d'exécution. Revendications 1. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement pour véhicules automobiles avec un élément catalyseur qui présente plusieurs canaux d'écoulement s'étendant entre un côté d'entrée et un côté de sortie de celui-ci, pour le passage d'un gaz d'échappement, caractérisé en ce que l'élément catalyseur (2, 21) consiste essentiellement en une matière catalytique frittée. 2. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau catalytique consiste en une poudre métallique, frittée, telle que, lors de la mise en oeuvre, une transformation prédéterminée des substances nocives de combustion s'effectue dans le gaz d'échappement. 3. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément catalyseur (2, 21) présente plusieurs plaques de catalyseur (5. 5', 5", 25, 25', 25"), s'étendant dans la direction d'écoulement (4), un effet catalytique différent étant associé aux plaques de catalyseur (5', 5"). 4. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une première plaque de catalyseur (5') consiste en une première matière catalytique pour la transformation de carbures d'hydrogène et de monoxyde de carbone. 5. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première plaque de catalyseur (5') consiste en aluminium et / ou en manganèse et / ou en vanadium et / ou en molybdène et / ou en silicium et / ou en chrome et / ou en fer. 6. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'une plaque de catalyseur (5"), disposée en aval de la première plaque de catalyseur (5'), dans la direction d'écoulement (4), consiste en une deuxième matière catalytique pour la transformation d'oxydes d'azote. 7. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement selon la revendication 6, caractérisé en ce que la deuxième plaque de catalyseur (5"9 contient du nickel. 8. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les canaux d'écoulement (6, 26) sont formés avec une section transversale rectangulaire, la surface transversale étant située entre 1 mm2 et 1,2 mm2. 9. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement selon l'une des revendications 1 à 10 8, caractérisé en ce que les canaux d'écoulement (6, 26) sont disposés, répartis uniformément, sur la surface transversale de la plaque de catalyseur (5, 25). 10. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les canaux d'écoulement (6, 26) sont limités par des parois de 15 canaux qui présentent une épaisseur de paroi d'environ 0,25 mm. 11. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement selon l'une des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que les plaques de catalyseur (5, 25), dans une zone d'écoulement (27), sont distancées les unes des autres, préférentiellement d'un intervalle de 3 mm. 12. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement selon l'une des revendications 3 à 11, caractérisé en ce qu'une partie du nombre total de plaques de catalyseur (5, 25) est revêtue avec un métal précieux. 13. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement selon l'une des revendications 3 à 12, caractérisé en ce que la majeure partie des plaques de catalyseur (5, 25) est maintenue dans le boîtier (3), côté périphérique, au moyen d'un tapis (10) résistant aux températures élevées et I ou d'un treillis de fils métalliques. 14. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement selon l'une des revendications 3 à 12, caractérisé en ce que la majeure partie des plaques de catalyseur (25, 25', 25") est conçue, sur un bord extérieur (28) de telle sorte que les plaques de catalyseur voisines (25, 25', 25") sont reliées entre elles de manière étanche à l'air. 15. Dispositif d'épuration de gaz d'échappement selon la revendication 14, caractérisé en ce que le bord extérieur (28) des plaques de catalyseur (25, 25' 25") présente une section périphérique (30) en forme de gradin, orienté selon le plan dans lequel s'étend la plaque de catalyseur (25, 25', 25"), et une section en collet (29) en saillie axiale de la section périphérique (30), la section en collet (29) de la première plaque de catalyseur (25') étant reliée à la section périphérique (30) de la deuxième plaque de catalyseur voisine (25") par brasage ou par soudage ou par frittage. 16. Procédé pour la fabrication d'un élément catalyseur pour véhicules automobiles, w caractérisé en ce qu'une masse pulvérulente métallique consistant en une matière catalytique est mélangée avec un liant et mise dans un moule prédéterminant la forme de l'élément catalyseur (2, 21) pour la fabrication d'une ébauche, en ce que le liant, par apport de chaleur, est durci, et que l'ébauche est frittée sans pression, et avec évaporation du liant. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'ébauche est transformée dans le moule en une plaque de catalyseur (5, 25) pourvue de plusieurs canaux d'écoulement (6, 26). 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que les plaques de 20 catalyseur (5, 25) sont pourvues d'un revêtement en métal précieux. 19. Procédé selon la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce que plusieurs plaques de catalyseur (5, 25) sont fixées ensemble, en formant un intervalle axial, dans un domaine d'écoulement (27), pour former l'élément catalyseur (2, 21). 20. Procédé selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisé en ce que l'ébauche est pressée à partir d'une masse pulvérulente uniforme. 21. Procédé selon l'une des revendications 17 à 20, caractérisé en ce que 30 l'ébauche de différentes plaques de catalyseur (5, 25) est fabriquée avec des masses pulvérulentes possédant respectivement un effet catalytique différent. 22. Procédé selon l'une des revendications 17 à 21, caractérisé en ce que les plaques de catalyseur (5, 5', 5") sont pressés à une densité élevée et que les canaux d'écoulement (6) consistant en poudre métallique et en liant sont ensuite formés dans un autre moule.