Brevet FR3048450A1 — publié le 20170908

"Dispositif de post-traitement catalytique de véhicule automobile comportant un déflecteur" DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne un dispositif de post-traitement catalytique de véhicule automobile. ETAT DE LA TECHNIQUE Un dispositif de post traitement catalytique de véhicule automobile, communément appelé pot catalytique, est raccordé à la sortie d'échappement d'un moteur thermique afin de recevoir les gaz d'échappement de celui-ci et de les traiter par oxydation catalytique afin de transformer les polluants en eau, azote et dioxyde de carbone. Un pot catalytique fonctionne dans une large plage de températures pouvant atteindre des valeurs élevées, de l'ordre de 700°C à 800°C. Ces températures d'utilisation élevées et les vibrations du véhicule sollicitent fortement la structure du pot catalytique et de ses constituants. De manière générale, un pot catalytique comprend une enveloppe métallique, habituellement désignée par le terme anglais « canning », définissant une chambre interne dans laquelle est logé un bloc catalytique, par exemple sous forme de monolithe, contenant le catalyseur. La chambre interne est sensiblement tubulaire et peut présenter une base circulaire ou elliptique. Les gaz d'échappement pénètrent dans le pot catalytique par une entrée à une extrémité axiale et ils sont conduits jusqu'au bloc catalytique, par exemple au monolithe, par une partie évasée qui forme un cône d'entrée. Ce cône d'entrée est généralement 3048450 2 une pièce distincte de l'enveloppe et vient recouvrir partiellement une extrémité de l'enveloppe, à laquelle il est fixé au moyen d'un collier de serrage. Afin d'améliorer la distribution des gaz d'échappement 5 depuis le cône d'entrée vers le bloc catalytique, notamment lorsque la distance entre l'entrée du pot catalytique et le bloc catalytique est courte, on dispose généralement un déflecteur à l'intérieur du cône d'entrée, dans une zone centrale de celui-ci. Ce déflecteur est habituellement de forme générale lo conique ou tronconique, de dimensions inférieures à celles du cône d'entrée, et il est par exemple fixé au cône d'entrée par des bras radiaux de fixation et de centrage - réalisés sous la forme de bandes de tôles rectilignes qui s'étendent dans un plan axial dont les extrémités radiales internes sont soudées directement au 15 cône d'entrée et dont les extrémités radiales externes sont soudées directement à la face interne concave de la paroi de l'enceinte. Les différents composants du pot catalytique sont généralement en acier inoxydable, résistant aux températures et 20 conditions d'utilisation. Un exemple de conception d'un tel dispositif est par exemple illustré dans le document WO-A2-2005/094253. Du fait des températures élevées mentionnées plus haut, ces matériaux sont soumis à des dilatations importantes qui 25 peuvent amener des déformations permanentes et des fissures sur le déflecteur fixé par soudage, et des phénomènes de flambage des bras de fixation. Il existe donc un besoin pour un agencement d'un déflecteur à l'intérieur d'un cône d'entrée qui résiste mieux dans 30 le temps aux conditions d'utilisation sévères d'un dispositif de post-traitement, et notamment aux phénomènes de dilatation et notamment de dilatation(s) différentielle(s). 3048450 3 A cet effet, dans le document WO-A1-2015/110738, on a proposé une solution consistant à modifier la liaison des extrémités radiales externes des bras de fixation avec l'enceinte afin d'offrir une capacité d'absorption des variations 5 dimensionnelles au niveau de ces liaisons. La présente invention vise à proposer une autre solution permettant notamment de conserver les techniques industrielles de fixation et d'assemblage par soudage des extrémités radiales des bras de fixation. 10 BREF RESUME DE L'INVENTION Dans ce but, l'invention propose un dispositif de post-traitement de gaz d'échappement de moteur à combustion de 15 véhicule automobile comportant : - une enceinte délimitée par une paroi tubulaire définissant une chambre tubulaire interne ; - un élément déflecteur agencé à l'intérieur de l'enceinte, sensiblement au centre de la chambre tubulaire ; 20 - au moins deux bras de fixation de l'élément déflecteur dont chacun est d'orientation globalement radiale et comporte une extrémité radiale interne fixée à l'élément déflecteur et une extrémité radiale externe fixée à la face interne de la paroi tubulaire 25 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bras de fixation déformable dont la longueur totale est supérieure à la distance radiale séparant son extrémité radiale interne de la face interne concave de la paroi tubulaire, de manière à présenter une capacité de déformation pour absorber les variations 30 dimensionnelles dues à la dilatation. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - chaque bras de fixation est un bras de fixation déformable dont la longueur est supérieure à la distance radiale 3048450 4 séparant son extrémité radiale interne de la face interne de la paroi tubulaire ; - chaque bras de fixation déformable comporte au moins un tronçon courbe ; 5 - le tronçon courbe est un tronçon en arc de cercle ; - chaque bras de fixation déformable est un bras courbe en arc de cercle ; - chaque bras de fixation est une bande de tôle qui s'étend globalement dans un plan axial ; 10 - le dispositif comporte trois bras de fixation répartis angulairement de manière régulière ; - les deux extrémités radiales de chaque bras de fixation sont alignées axialement ; - l'enceinte comprend une enveloppe tubulaire destinée à 15 loger un bloc catalytique et un cône avant d'entrée dont un tronçon tubulaire d'extrémité axiale arrière est fixé à un tronçon d'extrémité axiale avant de l'enveloppe ; - l'extrémité radiale externe de chaque bras de fixation est fixée à la face interne du tronçon tubulaire d'extrémité axiale 20 arrière du cône. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 25 apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale, selon la ligne 1-1 de la figure 2 qui représente un dispositif de post-traitement 30 catalytique selon un exemple de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en section transversale selon la ligne 2-2 de la figure 1 ; et 3048450 5 - la figure 3 est une vue de détail à plus grande échelle d'une partie de la figure 2. DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES 5 On a représenté à la figure 1 un dispositif 10 de post-traitement catalytique notamment pour le traitement de gaz d'échappement d'un moteur à combustion de véhicule automobile. Le dispositif 10 est constitué essentiellement par une 10 enceinte 12 de forme générale de révolution autour d'un axe principal A de forme globalement tubulaire à section circulaire. L'enceinte 12 définit une chambre tubulaire interne 14 à l'intérieur de laquelle sont agencés notamment un élément déflecteur 16 et un bloc 18 de traitement catalytique, aussi appelé 15 monolithe contenant un catalyseur d'oxydation. L'enceinte tubulaire 12 comprend notamment une enveloppe tubulaire centrale 20 dans laquelle est logé le bloc catalytique 18 et un cône avant d'entrée 22. En considérant le sens de circulation du flux F des gaz 20 d'échappement à l'intérieur du dispositif 10, le cône 22 comporte un tronçon tubulaire avant 24 d'entrée, un tronçon intermédiaire tronconique 26 et un tronçon tubulaire d'extrémité axiale arrière 28. Selon le mode de réalisation illustré aux figures, et à titre 25 non limitatif, l'élément déflecteur 16 est ici agencé axialement dans l'enceinte 12 à l'intérieur du tronçon d'extrémité tubulaire axiale arrière 28 du cône 22. L'agencement axial de l'élément déflecteur 16 à l'intérieur du cône avant 22 et sa fixation à ce dernier a l'avantage de 30 permette la réalisation et la fabrication d'un sous-ensemble intégrant l'élément déflecteur 16 qui peut ensuite être fixé sur l'enveloppe 12. 3048450 6 Le tronçon arrière 28 du cône 22 est délimité intérieurement par une face interne tubulaire concave 30. De manière connue, le tronçon arrière 28 du cône22 est fixé sur un tronçon d'extrémité axiale avant 32 de l'enveloppe 5 tubulaire 20. L'enveloppe tubulaire 20 est délimitée intérieurement par une face interne concave 34. De manière usuelle et connue, l'ensemble des composants de l'enceinte 10 sont de préférence réalisés en acier inoxydable. 10 L'élément déflecteur 16 est ici un élément de forme générale tronconique dont la convexité est orientée vers l'avant et qui est délimité par une face externe tronconique 36. L'élément déflecteur 16 est agencé à l'intérieur de l'enceinte 12 sensiblement au centre de la chambre tubulaire 14, 15 c'est-à-dire qu'il est centré sur l'axe général A du dispositif 10. De manière connue, l'élément déflecteur 16 est positionné et fixé à l'intérieur de la chambre 14 au moyen de plusieurs bras de fixation 36 qui, à titre non limitatif, sont au nombre de trois et qui sont repartis angulairement de manière régulière, à 120 20 degrés d'angle autour de l'axe A, comme on peut le voir à la figure 2. Selon cette conception, globalement symétrique, la constitution identique des trois bras de fixation 36 et leur répartition angulaire uniforme a notamment pour but de maintenir 25 l'élément déflecteur 16 dans sa position radiale centrée sur l'axe A qui est aussi l'axe central du flux F des gaz d'échappement qui pénètrent dans le dispositif 10. Chaque bras de fixation 36 est constitué par une bande de tôle, de préférence en acier inoxydable, qui s'étend dans un plan 30 axial du dispositif 10. De manière connue, chacune des deux extrémités d'un bras de fixation 36 est fixée par soudage à l'élément déflecteur 16 et à la paroi tubulaire de l'enceinte 12. 3048450 7 Plus précisément, une extrémité radiale interne 38 de chaque bras de fixation 36 est fixée par soudage sur la face tronconique convexe externe 35 de l'élément déflecteur 16, tandis que son extrémité radiale externe 40 est fixée aussi par soudage 5 à la face interne concave de la paroi tubulaire de l'enveloppe 12, et ici plus précisément à la face interne 30 du tronçon d'extrémité axiale arrière 28 du cône avant 22 du dispositif 10. Afin de faciliter les opérations d'assemblage et de fixation par soudage, l'extrémité radiale externe 40 de chaque bras 36 est 10 prolongée par une patte 41 repliée sensiblement à angle droit qui épouse le profil de la face interne 30. Comme on peut le voir notamment à la figure 2, les deux extrémités radiales interne 38 et externe 40 de fixation de chaque bras de fixation 36 sont ici alignées selon un même rayon. 15 Comme on peut le voir à la figure 1, ces deux extrémités radiales interne 38 et externe 40 de chaque bras de fixation 36 sont aussi alignées axialement, c'est-à-dire qu'elles sont situées globalement dans un même plan radial correspondant à la ligne 22 de la figure 1. 20 Contrairement aux conceptions connues de l'état de la technique selon lesquelles chaque bras de fixation est une bande de tôle plane rectiligne s'étendant selon un rayon, et conformément aux enseignements de l'invention, la longueur totale de chaque bras de fixation, mesurée entre ses extrémités 25 radiales de fixation 38 et 40 est supérieure à la distance radiale "DR", telle qu'indiquée à la figure 2, séparant les deux extrémités radiales de fixation interne 38 et interne 40. A cet effet, et à titre non limitatif, la quasi-totalité de la longueur du bras de fixation 36 s'étendant entre ses extrémités 30 radiale 38 et 40 est conformée en un bras courbe en arc de cercle, c'est-à-dire constitué par un tronçon courbe 44. La longueur totale de chaque bras de fixation 36 supérieure à la distante radiale DR, ici obtenue à la faveur d'au 3048450 8 moins un tronçon courbe ou incurvé 44, a pour but de permettre d'absorber les déformations dues aux phénomènes de dilatation notamment selon la direction radiale en permettant, comme cela est illustré en détail à la figure 3, une déformation du tronçon 5 courbe ou incurvé 44 selon une direction latérale globalement orthogonale à un rayon. On a représenté à la figure 3, en trait plein, le dispositif 10 dans sa conformation et ses dimensions à froid, et on a représenté en trait pointillé les mêmes éléments dans leur état lo dilaté et éventuellement déformé "à chaud" c'est-à-dire en cours d'utilisation du dispositif de post-traitement en fonctionnement du moteur à combustion qu'il équipe avec les mêmes références indicées "prime". En considérant la valeur R1 du rayon externe moyen de 15 l'élément déflecteur 16 et le rayon R2 externe du tronçon d'extrémité arrière 28 du cône 22, les éléments dimensionnels et valeurs de dilation sont, à titre d'exemple, les suivants : Calcul des dilatations et des variations dimensionnelles : 20 Pour l'élément déflecteur 16 : R1 = 14.34 mm Température = 850°C Coefficient de dilatation de l'acier = 12.10-6 Dilatation = 0.14 mm 25 Pour le cône avant 22 : R2 = 72.75 mm Température = 600°C Coefficient de dilatation de l'acier = 12.10-6 Dilatation = 0.52 mm 30 L'épaisseur des tôles des bras de fixation est par exemple de l'ordre de 1 à 1,5 mm. La conception des bras de fixation 36 selon l'invention permet par leur déformation latérale d'absorber les dilatations lors 3048450 9 des variations de température sans provoquer d'endommagement, ni de l'élément déflecteur 16, ni des bras de fixation 36 eux-mêmes, tout en permettant aux bras de fixation 36 de retrouver sensiblement leur forme initiale à froid. 5 L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit qui est donné à titre d'exemple non limitatif. Tout d'abord, le nombre de bras de fixation peut varier de manière importante en comportant au moins deux bras de fixation. L'élément déflecteur 16 peut être agencé axialement à 10 l'intérieur de l'enveloppe 20, ses bras de fixation 36 étant alors fixés par leurs extrémités radiales externes 40 à la face tubulaire interne concave 34 de l'enveloppe 20. Il n'est pas non plus nécessaire que chacun des bras de fixation 36 soit réalisé conformément aux enseignements de 15 l'invention et il peut suffire qu'un seul des bras de fixation 36 comporte par exemple un tronçon courbe incurvé lui offrant la capacité d'absorption des dilatations par déformation. REVENDICATIONS1. Dispositif de post-traitement (10) de gaz d'échappement de moteur à combustion de véhicule automobile comportant : - une enceinte (12) délimitée par une paroi tubulaire définissant une chambre tubulaire interne (14) ; - un élément déflecteur (16) agencé à l'intérieur de l'enceinte (12), sensiblement au centre de la chambre tubulaire ; - au moins deux bras (36) de fixation de l'élément déflecteur (16) dont chacun est d'orientation globalement radiale et comporte une extrémité radiale interne (38) fixée à l'élément déflecteur (16) et une extrémité radiale externe (40) fixée à la face interne concave (30) de la paroi tubulaire, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bras de fixation (36) déformable dont la longueur est supérieure à la distance radiale (DR) séparant son extrémité radiale interne (38) de la face interne concave (30) de la paroi tubulaire. 2. Dispositif de post-traitement (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bras de fixation (36) est un bras de fixation déformable dont la longueur est supérieure à la distance radiale (DR) séparant son extrémité radiale interne (38) de la face interne (30) de la paroi tubulaire. 3. Dispositif de post-traitement (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bras de fixation déformable (36) comporte au moins un tronçon courbe (44). 4. Dispositif de post-traitement (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tronçon courbe (44) est un tronçon en arc de cercle. 5. Dispositif de post-traitement (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque bras de fixation déformable est un bras incurvé en arc de cercle. 6. Dispositif de post-traitement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque 3048450 11 bras de fixation (36) est une bande de tôle qui s'étend globalement dans un plan axial. 7. Dispositif de post-traitement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte 5 trois bras de fixation (36) répartis angulairement de manière régulière. 8. Dispositif de post-traitement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux extrémités radiales (38, 40) de chaque bras de fixation (36) sont 10 alignées axialement. 9. Dispositif de post-traitement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte (12) comprend une enveloppe tubulaire (20) destinée à loger un bloc catalytique (18) et un cône avant d'entrée (22) dont un 15 tronçon tubulaire d'extrémité axiale arrière (28) est fixé à un tronçon d'extrémité axiale avant (32) de l'enveloppe (20). 10. Dispositif de post-traitement (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'extrémité radiale externe (40) de chaque bras de fixation (38) est fixée à la face interne (30) dudit 20 tronçon tubulaire d'extrémité axiale arrière (28).