EP1192339A2 - Dispositif de traitement catalytique des gaz d'echappement d'un moteur de vehicle automobile - Google Patents

Dispositif de traitement catalytique des gaz d'echappement d'un moteur de vehicle automobile

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EP1192339A2
EP1192339A2 EP00946021A EP00946021A EP1192339A2 EP 1192339 A2 EP1192339 A2 EP 1192339A2 EP 00946021 A EP00946021 A EP 00946021A EP 00946021 A EP00946021 A EP 00946021A EP 1192339 A2 EP1192339 A2 EP 1192339A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
block
treatment
gases
fibers
enclosure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00946021A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Said Boutrif
Frédéric NOVEL-CATTIN
André Walder
Brigitte Martin
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Gervois SA
Arvin Exhaust SA
Aperam Stainless Precision SAS
Renault SAS
Original Assignee
Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Imphy Ugine Precision SA
Gervois SA
Arvin Exhaust SA
Renault SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA, IFP Energies Nouvelles IFPEN, Imphy Ugine Precision SA, Gervois SA, Arvin Exhaust SA, Renault SAS filed Critical Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Publication of EP1192339A2 publication Critical patent/EP1192339A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2835—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support fibrous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/285—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration specially adapted for fibrous supports, e.g. held in place by screens
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/10—Fibrous material, e.g. mineral or metallic wool
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/12—Metallic wire mesh fabric or knitting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the invention relates to a device for catalytic treatment of exhaust gases from a motor vehicle engine.
  • the invention relates more particularly to a device for catalytic treatment of the exhaust gases of a motor vehicle engine, of the type which comprises an upstream tube for the arrival of exhaust gases and a downstream tube for discharging the exhaust gases. exhaust between which is interposed a substantially longitudinal gas treatment chamber which comprises a catalytic treatment means based on metallic fibers crossed by the gases.
  • gas treatment devices which allow the reduction of polluting emissions by catalytic treatment of the gases.
  • the exhaust gases are conveyed in the gas treatment chamber via the inlet tube, pass through the monolith and are discharged out of the gas treatment chamber by the discharge tube.
  • Monoliths of a first type are known which are produced in the form of blocks of alveolate ceramic substrate called "honeycomb", containing several thousand cells in the form of fine channels.
  • the ceramic substrate is made from a paste containing silicon, aluminum, and magnesium, in particular a ceramic compound such as a magnesium aluminosilicate, also called “cordierite”, which is matrix then dried and annealed.
  • the ceramic walls are impregnated with a layer of aluminum oxide, or "washcoat”, strongly cracked, which multiplies the surfaces of exchange with the exhaust gases, and which is covered with the catalytic material which allows the conversion of pollutants.
  • monoliths of the type described above it is to say monoliths which are made from metal fibers which have the advantage, compared to honeycomb honeycomb substrates, of causing a turbulent flow of exhaust gases in the gas treatment enclosure, which has as a consequence of increasing the mixing of gases and the conversion of pollutants.
  • the fibers made from metal wires make it possible to obtain a gas treatment block which, whatever allowing a turbulent flow of the exhaust gases to be obtained inside the treatment chamber gas favorable to the conversion of pollutants, has the disadvantage of opposing a high back pressure to the flow of exhaust gases, which affects the proper functioning of the vehicle engine.
  • the invention proposes to use an arrangement of fibers which only slightly disturbs the flow of exhaust gases insofar as its geometry allows the gases to pass entirely through the block of fibers, which makes it possible to use only a small volume of fibers for treating the exhaust gases and, therefore, not to oppose significant back pressure to the flow of the exhaust gases.
  • the invention provides a device for treating the exhaust gases of a motor vehicle engine, of the type described above, characterized in that the catalytic treatment means is a block of metallic fibers impregnated with a compound catalytic which is arranged inside the treatment enclosure and which comprises at least one upstream inlet cavity of conical or frustoconical shape, supplied directly by the gas inlet tube which opens facing the base of the cavity, and of which the concave envelope constitutes the inlet surface of the gases to be treated in the block of fibers.
  • the block of fibers is received transversely with clearance in the longitudinal treatment enclosure so that the peripheral surface of the block constitutes a first outlet surface for the gases treated by the block,
  • a transverse upstream end face of the block of fibers is attached to an upstream annular flank of entry of the enclosure
  • a transverse downstream end face of the block constitutes a second outlet surface for the gases treated by the block
  • a transverse downstream end face of the block is closed and impermeable to the gases treated by the block, in order to diffuse the gases only towards the peripheral wall of the treatment enclosure,
  • the conical cavity extends axially only over part of the length of the block of fibers, - the conical cavity extends axially over the entire length of the block of fibers,
  • the treatment enclosure is substantially cylindrical and coaxial with the gas inlet and outlet tubes, and the fiber block is cylindrical and mounted coaxially inside the treatment enclosure, the axial length of the fibers being less than that of the enclosure,
  • the cylindrical block of fibers is mounted coaxially in the treatment enclosure by means of a complementary cylindrical holding box which is fixed inside the treatment enclosure by an upstream edge and by at least three tabs centering radials interposed between the outer wall of the housing and the inner wall of the enclosure, - the peripheral wall of the holding box is pierced to allow the passage of the gases treated by the block,
  • the holding box comprises a downstream transverse grid adjacent to the transverse downstream end face of the block constituting the second outlet surface for the treated gases,
  • the enclosure is of a frustoconical shape u u downstream to form a convergent which opens into the exhaust gas discharge tube and promote the flow of treated gases.
  • FIG. 1 is a view in axial longitudinal section of a block of fibers according to a first embodiment of a treatment device according to the invention
  • FIG. 2 is a view in axial longitudinal section of a first embodiment of the processing device according to the invention
  • - Figure 3 a cross section through the plane 3-3 of Figure 2 of the first embodiment of the treatment device according to the invention
  • FIG. 4 is a view in axial longitudinal section of a block of fibers according to a second embodiment of a treatment device according to the invention.
  • FIG. 5 is a view in axial longitudinal section of a second embodiment of the processing device according to the invention.
  • FIG. 6 is a cross section through the plane 6-6 of Figure 5 of the second embodiment of the processing device according to the invention.
  • identical reference numerals designate identical parts or having similar functions.
  • FIGS. 2 and 5 show the assembly of a device 10 for catalytic treatment of the exhaust gases G of a motor vehicle engine produced in accordance with the invention.
  • Figure 2 illustrates a first embodiment of the invention and
  • Figure 5 illustrates a second embodiment of the invention.
  • the device 10 comprises an upstream tube 12 for the arrival of the exhaust gases G and a downstream tube 14 for discharging the exhaust gases G between which is interposed an enclosure 16 for treating gases comprising a means 18 for catalytic treatment of the gases G.
  • the means 18 for catalytic treatment of the fibers is a block 18 of metallic fibers which is arranged inside the treatment enclosure 16 and which is interposed between an orifice 20 opening out inside the enclosure 16 belonging to the gas inlet tube 12 G and a similar opening 22 belonging to the gas discharge tube 14 G.
  • FIG. 1 The block of fibers 18 corresponding to the first embodiment illustrated by FIG. 2 is represented in FIG. 1 while the block of fibers 18 corresponding to the second embodiment illustrated by FIG. 5 is represented in FIG. 4.
  • the block 18 is, in known manner, preferably made up of metallic fibers 24 which are obtained for example by a direct casting foundry process, also known by the name of the "Melt overflow process"".
  • the fibers 24 are made from an alloy based on iron, chromium and aluminum, the proportion of aluminum being, by weight, greater than or equal to 5%, and low concentrations of Yttrium, of rare earths, or mixtures of rare earths also called "Mischmetall".
  • These fibers 24 are collected in a mold corresponding to the block 18, then welded by an electric discharge.
  • the fibers 24 can be covered with a porous binder or "washcoat" which forms large attachment surfaces on the surface of the fibers 24 and which is then impregnated with a catalytic compound intended to ensure the treatment of G gases.
  • the enclosure 16 for treating the exhaust gases G has a substantially cylindrical shape and the block 1 8 of metallic fibers also has a cylindrical shape with a diameter less than that of the treatment enclosure 16 so as to be received there coaxially with play in the radial direction.
  • the block 1 8 of metal fibers comprises at least one cavity 26 for admission of the exhaust gas G.
  • this cavity 26 is preferably of conical shape but can also, without limitation of the invention and as a variant (not shown), be of frustoconical shape.
  • the base of the conical shape of the cavity 26 faces the upstream inlet tube 12 and the top of the conical shape of the cavity 26 faces the downstream tube 14 for evacuating the exhaust gases.
  • the cavity 26 extends axially inside the cylindrical block 18 of metallic fibers 24. As illustrated more precisely in FIGS. 2 and 5, this cavity 26 is intended to be supplied directly by the inlet tube 12 of the gases G, the orifice 20 of which opens into an annular blank 28 upstream of the inlet of the enclosure 16, also opens opposite a base 30 of the cone or truncated cone of the cavity 26.
  • a transverse face 32 of upstream end of the block 18 of fibers is attached to the annular blank 28 upstream of the inlet of the enclosure 16.
  • the block 1 8 of fibers comes to "close" the orifice 20 of the inlet tube 12 and a concave surface 34 of the cavity 26 of the block 18 of metallic fibers constitutes the inlet surface of the gases G to be treated in the fiber block.
  • the gases G to be treated therefore penetrate into the cavity 26, pass through the fibers 24 of the block 18 and leave the block 18 through at least one peripheral surface 36 of said block 18.
  • cylindrical block 1 8 of fibers is mounted coaxially in the treatment enclosure 16 by means of a support housing 38, a complementary riq ue, which is fixed inside the enclosure 16 by an upstream edge 40 of the holding housing 38 and by at least three radial tabs 42 for centering which are interposed between the external wall of the housing 38 and an internal cylindrical wall 44 of the enclosure 16.
  • the holding box 38 is hollow, with an inside diameter substantially equal to the outside diameter of the block of fibers 1 8, so that the block of fibers 1 8 is perfectly held inside the holding box 38.
  • a peripheral surface 50 of the holding housing 38 which is pierced, constitutes a first outlet surface for the treated gases G.
  • Figures 2 and 5 show this peripheral surface 50 shaped as a grid, but it may alternatively be an initially full surface, which when made, is pierced with multiple holes.
  • the conical cavity 26 extends axially only over part of the length of the block 18 of fibers and the housing 38 for cylindrical holding comprises a face transverse downstream end 46 which is adjacent to a transverse downstream end face 48 of the block 18 and which is shaped as a grid so as to form a second outlet surface for the treated gases G.
  • This arrangement is not limitative of the invention and any means of constituting a second outlet surface for the treated gases G, in particular a wall pierced with multiple holes, can be used. In this way, the exhaust gases G pass through the block
  • the holding box 38 is of a lower length than that of the treatment enclosure 16 so as to constitute, beyond the transverse face 46 of downstream end of the holding box 38 and upstream of the tube gas evacuation 14, an expansion chamber 52 which allows satisfactory soundproofing of the gas treatment device 1 0.
  • the soundproofing of the treatment enclosure 16 is further improved by the fact that the diameter of this treatment enclosure 16 is greater than that of the holding housing 38.
  • the exhaust gases G are in fact emitted according to a determined pulsation which depends on the operating speed of the engine, and they escape through the wall. perforated peripheral 50 of the holding box 38.
  • the inner peripheral wall 44 of the enclosure 16 causes multiple reflections to the wave trains associated with the gases G, and these reflections interfere with each other, which contributes to further improving the soundproofing of the treatment enclosure 16.
  • the enclosure 16 is of a frustoconical shape on the downstream side so as to form a convergent 54, the smallest diameter of which coincides with the orifice 22 of the discharge tube. 14 of the gases G treated.
  • the enclosure 16 can be designed so that the gas expansion chamber 52 is arranged axially at the level of the convergent 54, which then makes it possible to have a particularly compact treatment enclosure 16.
  • Figures 4 to 6 illustrate a second embodiment of the invention in which the conical cavity 26 extends axially over the entire length of the block 18 of fibers.
  • the block 18 of fibers is arranged in the holding box 38 in a manner substantially similar to the first embodiment described with reference to Figures 1 to 3, except that the transverse face 46 of downstream end of the housing 38 is a solid face which is impermeable to exhaust gases G.
  • the exhaust gases G are then conveyed, due to the pressure prevailing inside the treatment enclosure 16, towards the expansion chamber 52 gases, then they are evacuated from the enclosure 16 by means of the gas evacuation tube 14.
  • the device 10 comprises an arrangement of a block 18 of metallic fibers which is traversed in its entirety by the exhaust gases G coming from the engine of the vehicle, so that there is no need to have a block 18 of fibers of a large volume to achieve so effective catalytic treatment of said gases G, which allows, compared to a conventional treatment device, to significantly reduce the size, weight and manufacturing cost of such a treatment device 10.
  • such an arrangement of the block 1 8 of fibers within the treatment enclosure 16 particularly favors the flow of the exhaust gases G insofar as their path is carried out generally globally along the axial direction, and it therefore opposes only a low back pressure at the exhaust, which represents a definite advantage compared to conventional treatment devices which require the use of arrangements which may, in order to cause multiple turbulences for favor the treatment of gases, disturb the flow of G gases and set up a considerable back pressure on the exhaust.

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Abstract

L'invention propose un dispositif (10) de traitement catalytique des gaz (G) d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, du type qui comporte un tube (12) amont d'arrivée des gaz (G) d'échappement et un tube aval (14) d'évacuation des gaz (G) d'échappement entre lesquels est interposée une enceinte (16) longitudinale de traitement des gaz (G) qui comporte un moyen de traitement catalytique à base de fibres métalliques (24) traversé par les gaz (G), caractérisé en ce que le moyen de traitement catalytique est un bloc (18) de fibre (24) métalliques imprégnées d'un composé catalytique qui est agencé à l'intérieur de l'enceinte (16) de traitement et qui comporte au moins une cavité (26) amont d'admission de forme conique ou tronconique, alimentée directement par le tube (14) d'arrivée des gaz (G) qui débouche en regard de la base de la cavité (26), et dont l'enveloppe concave (34) constitue la surface d'entrée des gaz (G) à traiter dans le bloc de fibres.

Description

"Dispositif de traitement catalytique des gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile"
L'invention concerne un dispositif de traitement catalytique des gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile.
L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de traitement catalytique des gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, du type qui comporte un tube amont d'arrivée des gaz d'échappement et un tube aval d'évacuation des gaz d'échappement entre lesquels est interposée une enceinte sensiblement longitudinale de traitement des gaz qui comporte un moyen de traitement catalytique à base de fibres métalliques traversé par les gaz.
On connaît de nombreux exemples de dispositifs de traitement des gaz qui permettent la diminution des émissions polluantes par un traitement catalytique des gaz.
Ces dispositifs de traitement des gaz d' échappement sont couramment employés dans tous les types d' automobiles pour respecter les normes de dépollution en vigueur. Conventionnellement, il s'agit de dispositifs dans lesquels les moyens de traitement des gaz sont formés par un bloc en un matériau présentant des propriétés catalytiques, plus communément connu sous le nom de "monolithe".
Les gaz d'échappement sont acheminés dans l'enceinte de traitement des gaz par l'intermédiaire du tube d'arrivée, traversent le monolithe et sont évacués hors de l'enceinte de traitement des gaz par le tube d'évacuation.
On connaît des monolithes d'un premier type q ui sont réalisés sous la forme de blocs de substrat céramique alvéolés dits "en nids d' abeille", contenant plusieurs milliers de cellules en forme de canaux fins. Le substrat céramique est fabriqué à partir d'une pâte contenant du silicium , de l'aluminium, et du magnésium, notamment un composé céramique tel qu'un aluminosilicate de magnésium, aussi appelé "cordiérite", qui est matrice puis séché et recuit. Les parois en céramique sont imprégnées d'une couche en oxyde d'aluminium , ou "washcoat", fortement crevassée, qui multiplie les surfaces d'échange avec les gaz d'échappement, et qui est recouverte du matériau catalytique qui permet la conversion des polluants.
Ces monolithes présentent l'inconvénient d'opposer une contre-pression importante à l'écoulement des gaz d'échappement.
Par ailleurs, leur capacité calorifiq ue est importante, si bien qu'ils sont généralement longs à atteindre une température de fonctionnement propre à provoquer une catalyse efficace des gaz d'échappement.
Enfin, ils sont vulnérables aux hautes températures et aux pulsations des gaz, soit en raison de leur sensibilité aux chocs thermiques, soit à cause de leur point de fusion relativement bas, de l'ordre de 1 350°C contre 1450°C pour les aciers inoxydables ferritiques (Fe-Cr-AI) . A ce titre, ils doivent être maintenus dans l'enceinte de traitement des gaz par un matelas thermoexpansible, généralement réalisé a partir de fibres céramiques ou de laine d'acier.
Pour remédier à ces inconvénients, on a proposé des monolithes d'un second type, qui comportent une armature métallique alvéolée "en nid d' abeille" qui remplace le substrat céramique décrit précédemment.
Ces monolithes sont plus légers, plus résistants aux chocs thermiques et mécaniques, et plus prompts à atteindre la température de catalyse, mais ils sont plus onéreux.
Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé de réaliser des monolithes du type décrit précédemment, c'est à dire des monolithes qui sont réalisés à partir de fibres métalliques qui présentent l'avantage, par rapport aux substrats alvéolés en nid d'abeilles, de provoquer un écoulement turbulent des gaz d'échappement dans l'enceinte de traitement des gaz, ce qui a pour conséquence d'accroître le brassage des gaz et la conversion des polluants.
Toutefois on a constaté que les fibres faites à partir de fils métalliques permettent d'obtenir un bloc de traitement des gaz qui, quoiq ue permettant d'obtenir un écoulement turbulent des gaz d'échappement à l'intérieur de l'enceinte de traitement des gaz favorable à la conversion des polluants, a pour inconvénient d'opposer une contre-pression élevée à l'écoulement des gaz d'échappement, ce qui nuit au bon fonctionnement du moteur du véhicule. Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose d'utiliser un agencement de fibres ne perturbant que très peu l'écoulement des gaz d'échappement dans la mesure où sa géométrie permet aux gaz de traverser en totalité le bloc de fibres, ce qui permet de n'utiliser q u'un faible volume de fibres pour traiter les gaz d'échappement et, de ce fait, de ne pas opposer de contre-pression importante à l'écoulement des gaz d'échappement.
Dans ce but, l'invention propose un dispositif de traitement des gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, d u type décrit précédemment, caractérisé en ce que le moyen de traitement catalytique est un bloc de fibres métalliques imprégnées d'un composé catalytique qui est agencé à l'intérieur de l'enceinte de traitement et qui comporte au moins une cavité amont d'admission de forme conique ou tronconique, alimentée directement par le tube d'arrivée des gaz qui débouche en regard de la base de la cavité, et dont l'enveloppe concave constitue la surface d'entrée des gaz à traiter dans le bloc de fibres.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- le bloc de fibres est reçu transversalement avec jeu dans l'enceinte longitudinale de traitement de manière que la surface périphérique du bloc constitue une première surface de sortie des gaz traités par le bloc,
- une face transversale d'extrémité amont d u bloc de fibres est accolée à un flanc annulaire amont d'entrée de l'enceinte,
- une face transversale d'extrémité aval du bloc constitue une deuxième surface de sortie des gaz traités par le bloc,
- une face transversale d'extrémité aval du bloc est obturée et imperméable aux gaz traités par le bloc, pour diffuser les gaz seulement vers la paroi périphérique de l'enceinte de traitement,
- la cavité conique s'étend axialement seulement sur une partie de la longueur du bloc de fibres, - la cavité conique s'étend axialement sur toute la longueur d u bloc de fibres,
- l'enceinte de traitement est sensiblement cylindrique et coaxiale aux tubes d'arrivée et d'évacuation des gaz, et le bloc de fibres est cylindrique et monté coaxialement à l'intérieur de l'enceinte de traitement, la longueur axiale du bloc de fibres étant inférieure à celle de l'enceinte,
- le bloc cylindrique de fibres est monté coaxialement dans l'enceinte de traitement par l'intermédiaire d'un boîtier de maintien cylindrique complémentaire qui est fixé à l'intérieur de l'enceinte de traitement par un bord amont et par au moins trois pattes radiales de centrage interposées entre la paroi extérieure du boîtier et la paroi intérieure de l'enceinte, - la paroi périphérique du boîtier de maintien est percée pour permettre le passage des gaz traités par le bloc,
- le boîtier de maintien comporte une grille transversale aval adjacente à la face transversale d'extrémité aval du bloc constituant la deuxième surface de sortie des gaz traités,
- l'enceinte est d'une forme tronconique d u côté aval pour former un convergent qui débouche dans le tube d'évacuation des gaz d'échappement et favoriser l'écoulement des gaz traités. D'autres caractéristiq ues et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale axiale d'un bloc de fibres selon un premier mode de réalisation d'un dispositif de traitement selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale axiale d'un premier mode de réalisation du dispositif de traitement selon l'invention ; - la figure 3 une coupe transversale par le plan 3-3 de la figure 2 du premier mode de réalisation du dispositif de traitement selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue en coupe longitudinale axiale d'un bloc de fibres selon un second mode de réalisation d'un dispositif de traitement selon l'invention ;
- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale axiale d'un second mode de réalisation du dispositif de traitement selon l'invention ; et
- la figure 6 est une coupe transversale par le plan 6-6 de la figure 5 du second mode de réalisation du dispositif de traitement selon l'invention. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiq ues désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
On a représenté aux figures 2 et 5 l'ensemble d'un dispositif 10 de traitement catalytique des gaz G d'échappement d'un moteur de véhicule automobile réalisé conformément à l'invention . La figure 2 illustre un premier mode de réalisation de l'invention et la figure 5 illustre un second mode de réalisation de l'invention . De manière connue, le dispositif 10 comporte un tube amont 12 d'arrivée des gaz d'échappement G et un tube aval 14 d'évacuation des gaz d'échappement G entre lesq uels est interposée une enceinte 16 de traitement des gaz comportant un moyen 18 de traitement catalytique des gaz G. De manière connue, le moyen 18 de traitement catalytique des fibres est un bloc 18 de fibres métalliques qui est agencé à l'intérieur de l'enceinte 16 de traitement et qui est interposé entre un orifice 20 débouchant à l'intérieur de l'enceinte 16 appartenant au tube d'arrivée 12 des gaz G et un orifice débouchant 22 similaire appartenant au tube 14 d'évacuation des gaz G.
Le bloc de fibres 18 correspondant au premier mode de réalisation illustré par la figure 2 est représenté en figure 1 tandis que le bloc de fibres 18 correspondant au second mode de réalisation illustré par la figure 5 est représenté en figure 4.
Comme on le voit sur ces figures 1 et 4, le bloc 18 est, de manière connue, constitué préférentiellement de fibres métalliques 24 qui sont obtenues par exemple par un procédé de fonderie par coulée directe, aussi connu sous le nom de procédé "Melt overflow". Toutefois un autre procédé peut être aussi utilisé. Les fibres 24 sont réalisées à partir d'u n alliage à base de fer, de chrome, et d'aluminium , la proportion d'aluminium étant, en poids, supérieure ou égale à 5%, et de faibles concentrations d'Yttrium, de terres rares, ou de mélanges de terres rares aussi appelés "Mischmetall". Ces fibres 24 sont amassées dans un moule de forme correspondante au bloc 18, puis soudées par une décharge électrique. Enfin , les fibres 24 peuvent être recouvertes d'un liant poreux ou "washcoat" qui forme des surfaces d'accrochage importantes à la surface des fibres 24 et qui est ensuite imprégné d'un composé catalytique destiné à assurer le traitement des gaz G.
Cette disposition n'est bien entendu pas restrictive de l'invention , et tout moyen d'obtention des fibres 24 et, plus généralement, du bloc 18 de fibres métalliques, peut être utilisé pour la mise en œuvre de la présente invention.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention , et de façon non limitative de l'invention , l'enceinte 16 de traitement des gaz G d'échappement présente une forme sensiblement cylindrique et le bloc 1 8 de fibres métalliques présente lui aussi une forme cylindrique d'un d iamètre inférieur à celui de l'enceinte 16 de traitement de façon à y être reçu coaxialement avec jeu selon la direction radiale.
Conformément à l'invention, et comme représenté aux figures 1 , 2, 4, et 5, le bloc 1 8 de fibres métalliques comporte au moins une cavité 26 d'admission des gaz G d'échappement.
Comme on le voit aux figures 1 et 4, cette cavité 26 est préférentiellement de forme conique mais peut aussi, de façon non limitative de l'invention et en variante (non représentée), être de forme tronconique. La base de la forme conique de la cavité 26 est tournée vers le tube amont 12 d'arrivée et le sommet de la forme coniq ue de la cavité 26 est tournée vers le tube aval 14 d'évacuation des gaz G d'échappement. La cavité 26 s'étend axialement à l'intérieur du bloc 18 cylindrique de fibres 24 métalliques. Comme l'illustrent plus précisément les figures 2 et 5, cette cavité 26 est destinée à être alimentée directement par le tube d'arrivée 12 des gaz G dont l'orifice 20, qui débouche dans un flan 28 annulaire amont d'entrée de l'enceinte 16, débouche aussi en regard d'une base 30 du cône ou du tronc de cône de la cavité 26.
A cet effet, une face transversale 32 d'extrémité amont du bloc 18 de fibres est accolée au flan 28 annulaire amont d'entrée de l'enceinte 16.
De la sorte, le bloc 1 8 de fibres vient "fermer" l'orifice 20 du tube d'entrée 12 et une surface concave 34 de la cavité 26 du bloc 18 de fibres métalliques constitue la surface d'entrée des gaz G à traiter dans le bloc de fibres. Les gaz G à traiter pénètrent donc dans la cavité 26, traversent les fibres 24 du bloc 18 et sortent du bloc 18 par au moins une surface périphérique 36 dudit bloc 18.
Par ailleurs, le bloc 1 8 cylindrique de fibres est monté coaxialement dans l'enceinte 16 de traitement par l'intermédiaire d'un boîtier 38 de maintien, cylind riq ue complémentaire, qui est fixé à l'intérieur de l'enceinte 16 par un bord amont 40 du boîtier de maintien 38 et par au moins trois pattes radiales 42 de centrage qui sont interposées entre la paroi extérieure du boîtier 38 et une paroi intérieure 44 cylindrique de l'enceinte 16.
Le boîtier 38 de maintien est creux, d'un diamètre intérieur sensiblement égal au diamètre extérieur du bloc de fibres 1 8, de sorte que le bloc de fibres 1 8 est parfaitement tenu à l'intérieur du boîtier de maintien 38. Une surface périphérique 50 du boîtier de maintien 38, qui est percée, constitue une première surface de sortie des gaz G traités. Sur les figures 2 et 5, on a représenté cette surface périphérique 50 conformée en grille mais il peut, en variante, s'ag ir d'une surface initialement pleine, q ui lors de sa réalisation , est percée de multiples perçages.
Dans le premier mode de réalisation de l'invention représenté en référence aux fig ures 1 à 3, la cavité conique 26 s'étend axialement seulement sur une partie de la longueur du bloc 18 de fibres et le boîtier 38 de maintien cylindrique comporte une face transversale 46 d'extrémité aval qui est adjacente à une face transversale d'extrémité aval 48 du bloc 18 et qui est conformée en g rille de façon à former une seconde surface de sortie des gaz G traités. Cette disposition n'est pas limitative de l'invention et tout moyen de constituer une seconde surface de sortie des gaz G traités, notamment une paroi percée de multiples trous, peut être utilisé. De la sorte, les gaz G d'échappement traversent le bloc
18 de fibres et s'en échappent d'une part par la paroi périphérique 50 du boîtier de maintien 38 formant la première surface de sortie des gaz G, et d'autre part par la grille de la face transversale 46 d'extrémité aval du boîtier de maintien 38 formant la seconde surface de sortie des gaz.
En outre, le boîtier de maintien 38 est d'une long ueur inférieure à celle de l'enceinte 16 de traitement de façon à constituer, au delà de la face transversale 46 d'extrémité aval du boîtier de maintien 38 et en amont du tube d'évacuation 14 des gaz, une chambre de détente 52 qui permet une insonorisation satisfaisante du dispositif 1 0 de traitement des gaz.
Avantageusement, l'insonorisation de l'enceinte 16 de traitement est encore améliorée par le fait que le diamètre de cette enceinte 16 de traitement est supérieur à celui du boîtier 38 de maintien. Les gaz G d'échappement sont en effet émis selon une pulsation déterminée qui dépend d u régime de fonctionnement d u moteur, et ils s'échappent à travers la paroi périphérique percée 50 du boîtier de maintien 38. La paroi intérieure périphériq ue 44 de l'enceinte 16 cause de multiples réflexions aux trains d'ondes associés aux gaz G , et ces réflexions interfèrent entre elles, ce qui contribue à améliorer encore l'insonorisation de l'enceinte 16 de traitement.
Par ailleurs, pour favoriser l'écoulement des gaz G traités, l'enceinte 16 est d'une forme tronconique d u côté aval de façon à former un convergent 54 dont le plus petit d iamètre coïncide avec l'orifice 22 du tube d'évacuation 14 des gaz G traités.
Avantageusement, l'enceinte 16 peut être conçue de façon que la chambre 52 de détente des gaz soit agencée axialement au niveau du convergent 54, ce q ui permet alors de disposer d'une enceinte 16 de traitement particulièrement compacte.
Les figures 4 à 6 illustrent un second mode de réalisation de l'invention dans lequel la cavité conique 26 s'étend axialement sur toute la longueur du bloc 18 de fibres.
Dans cette configuration , le bloc 18 de fibres est agencé dans le boîtier de maintien 38 d'une façon sensiblement analogue au premier mode de réalisation décrit en référence aux figures 1 à 3, à cette différence que la face transversale 46 d'extrémité aval du boîtier 38 de maintien est une face pleine qui est imperméable aux gaz d'échappement G.
De la sorte, les gaz d'échappement G q ui pénètrent dans la cavité conique 26 du bloc 18 de fibres s'échappent tous de celui-ci par la paroi latérale périphérique percée 50 du boîtier de maintien 38 en diffusant vers la paroi périphérique intérieure 44 de l'enceinte 16 de traitement.
On bénéficie alors pleinement de l'effet d'interférence causé par les multiples réflexions des ondes, ce q ui contribue à une insonorisation adéquate du dispositif de traitement 16, tout en faisant l'économie d'une grille sur la face transversale 46 d'extrémité aval , ce qui contribue à diminuer les coûts de production d'un tel dispositif 1 0 de traitement. D'une façon analogue au premier mode de réalisation de l'invention , les gaz d'échappement G sont ensuite acheminés, du fait de la pression qui règne à l'intérieur de l'enceinte 16 de traitement, vers la chambre 52 de détente des gaz, puis ils sont évacués hors de l'enceinte 16 par l'intermédiaire d u tube 14 d'évacuation des gaz.
Ces deux modes de réalisation ne sont pas restrictifs de l'invention , et il est entendu que toute forme de la section de l'enceinte 16 de traitement et/ou de la section du boîtier de maintien 38 , ou encore du bloc 1 8 de fibres peut être admise, pourvu que le bloc 18 soit reçu avec jeu dans l'enceinte 16 de traitement et qu'il comporte une cavité conique ou tronconique 26.
Notamment, il serait aussi possible d'envisager au moins un troisième mode de réalisation , non représenté, dans lequel la cavité tronconique 26 s'étend axialement sur toute la longueur du bloc de fibres 18 et dans lequel la face transversale 46 d'extrémité aval est conformée en g rille, et un quatrième mode de réalisation , non représenté, dans lequel la cavité conique 26 s'étend axialement seulement sur une partie de la longueur du bloc de fibres 18 et dans lequel la face transversale 46 d'extrémité aval du boîtier de maintien 38 est imperméable aux gaz d'échappement G .
Ainsi, le dispositif 10 comporte un agencement d'un bloc 18 de fibres métalliques qui est traversé dans son intégralité par les gaz d'échappement G en provenance du moteur du véhicule, de sorte qu'il n'est pas besoin de disposer d'un bloc 18 de fibres d'un volume important pour réaliser de façon efficace un traitement catalytique desdits gaz G , ce q ui permet, par rapport à un dispositif de traitement conventionnel, de réduire notablement l'encombrement, le poids et le coût de fabrication d'un tel dispositif 10 de traitement. Enfin , un tel agencement du bloc 1 8 de fibres au sein de l'enceinte 16 de traitement favorise particulièrement l'écoulement des gaz G d'échappement dans la mesure où leur cheminement s'effectue sensiblement g lobalement suivant la d irection axiale, et il n'oppose de ce fait qu'une faible contre- pression à l'échappement , ce qui représente un avantage certain par rapport à des dispositifs de traitement conventionnels qui nécessitent d'utiliser des agencements q ui, afin de provoquer de multiples turbulences pour favoriser le traitement des gaz, perturbent l'écoulement des gaz G et opposent une contre-pression considérable à l'échappement.

Claims

REVEND ICATIONS
1 . Dispositif (1 0) de traitement catalytique des gaz (G) d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, du type qui comporte un tube (12) amont d'arrivée des gaz (G) d'échappement et un tube aval (14) d'évacuation des gaz (G) d'échappement entre lesquels est interposée une enceinte (16) sensiblement longitudinale de traitement des gaz (G) qui comporte un moyen de traitement catalytique à base de fibres métalliques (24) traversé par les gaz (G), caractérisé en ce que le moyen de traitement catalytique est un bloc (18) de fibres (24) métalliques imprégnées d'un composé catalytiq ue qui est agencé à l'intérieur de l'enceinte (16) de traitement et qui comporte au moins une cavité (26) amont d'admission de forme conique ou tronconique, alimentée d irectement par le tube (12) d'arrivée des gaz (G) q ui débouche en regard de la base de la cavité (26), et dont l'enveloppe concave (34) constitue la surface d'entrée des gaz (G) à traiter dans le bloc de fibres.
2. Dispositif (10) de traitement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le bloc ( 1 8) de fibres est reçu transversalement avec jeu dans l'enceinte longitud inale (16) de traitement de manière que la surface périphérique (36) du bloc constitue une première surface de sortie des gaz (G) traités par le bloc(18).
3. Dispositif ( 10) de traitement selon l'une des revendications 1 ou 2 , caractérisé en ce qu'une face transversale (32) d'extrémité amont du bloc de fibres est accolée à un flanc annulaire (28) amont d'entrée de l'enceinte (16) .
4. Dispositif ( 10) de traitement selon l'une des revendications 2 ou 3 , caractérisé en ce q u'une face transversale (48) d'extrémité aval du bloc ( 18) constitue une deuxième surface de sortie des gaz (G) traités par le bloc ( 1 8).
5. Dispositif (10) de traitement selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'une face transversale (48) d'extrémité aval du bloc est obturée et imperméable aux gaz traités par le bloc, pour diffuser les gaz (G) seulement vers la paroi périphérique (44) de l'enceinte (16) de traitement.
6. Dispositif (10) selon l'une q uelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité
(26) conique s'étend axialement seulement sur une partie de la longueur du bloc (1 8) de fibres.
7. Dispositif ( 10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la cavité conique (26) s'étend axialement sur toute la longueur du bloc ( 18) de fibres.
8. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte (16) de traitement est sensiblement cylindrique et coaxiale aux tubes ( 12) d'arrivée et ( 14) d'évacuation des gaz (G) , et en ce que le bloc (18) de fibres est cylindrique et monté coaxialement à l'intérieur de l'enceinte (16) de traitement, la longueur axiale du bloc (18) de fibres étant inférieure à celle de l'enceinte (16).
9. Dispositif (1 0) de traitement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le bloc (18) cylindrique de fibres est monté coaxialement dans l'enceinte (16) de traitement par l'intermédiaire d'un boîtier (38) de maintien cylindrique complémentaire qui est fixé à l'intérieur de l'enceinte (16) de traitement par un bord amont (40) et par au moins trois pattes (42) radiales de centrage interposées entre la paroi extérieure (50) du boîtier (38) et la paroi intérieure (44) de l'enceinte (16) .
10. Dispositif (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce q ue la paroi périphérique (50) du boîtier de maintien est percée pour permettre le passage des gaz (G) traités par le bloc (18).
1 1 . Dispositif ( 10) selon l'une des revend ications 9 ou
1 0 prise en combinaison avec la revendication 4, caractérisé en ce q ue le boîtier (38) de maintien comporte une grille transversale aval adjacente à la face transversale (48) d'extrémité aval d u bloc ( 18) constituant la deuxième surface de sortie des gaz (G) traités.
12. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 8 à 1 1 , caractérisé en ce que l'enceinte (16) est d'une forme tronconique du côté aval pour former un convergent qui débouche dans le tube (14) d'évacuation des gaz (G) d'échappement et favoriser l'écoulement des gaz (G) traités.
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