FR2830048A1

FR2830048A1 - Exhaust gas catalytic filter comprises tubular envelope containing filter element which has intermediate zone of different diameter

Info

Publication number: FR2830048A1
Application number: FR0112226A
Authority: FR
Inventors: Gerard Lerdung; Bertrand Figueras
Original assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Current assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2003-03-28
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: ATE414217T1; EP1427920A1; EP1427920B1; FR2830048B1; WO2003027455A1; DE60229862D1

Abstract

A filter element (2) is contained in a tubular metallic envelope (3) contracted or expanded around the filter element. The envelope contains at least one intermediate zone (7) which is not contracted or expanded, respectively. At least one contracted, or alternatively, expanded intermediate zone is placed upstream and/or downstream of a filter element, or in the portion of the envelope extending above the filter element(s). The catalyzer contains several filter elements with the intermediate zones acting as spacers between two filter elements. An intermediate zone forms a protrusion or groove in the tubular envelope and contains one or more openings to receive measuring probes. An Independent claim is also included for the production of the above catalyzer, where the metallic envelope is contracted or expanded around each filter element with the intermediate zones left uncontracted or expanded, respectively

Description

L'invention concerne un catalyseur pour filtration de gaz d'échappement et son procédé de fabrication, catalyseur comportant au moins un élément filtrant contenu dans une enveloppe métallique tubulaire rétreinte ou expansée autour dudit élément filtrant. The invention relates to a catalyst for exhaust gas filtration and its manufacturing process, catalyst comprising at least one filter element contained in a tubular metal envelope shrunk or expanded around said filter element.

La présente invention trouvera son application dans le domaine des systèmes d'échappement pour moteur à combustion interne, en particulier pour véhicules automobiles. The present invention will find its application in the field of exhaust systems for internal combustion engines, in particular for motor vehicles.

Pour des raisons de protection de l'environnement il est devenu usuel d'équiper des lignes d'échappement de véhicules à moteur à combustion interne de catalyseurs pour la filtration des gaz d'échappement. For environmental protection reasons, it has become customary to equip exhaust lines of internal combustion engine vehicles with catalysts for the filtration of exhaust gases.

Un tel catalyseur comporte un substrat filtrant, souvent sous forme d'une pièce monolithique en céramique et d'une section déterminée à laquelle est adaptée une enveloppe métallique de forme tubulaire. Such a catalyst comprises a filtering substrate, often in the form of a monolithic ceramic part and of a determined section to which a metal casing of tubular shape is adapted.

Deux procédés sont actuellement employés pour immobiliser, cette pièce, dénommée ci-après élément filtrant, à l'intérieur d'une telle enveloppe tubulaire métallique, l'une consistant à rétreindre celle-ci sur cet élément et créer, ainsi, un ajustage serré, tandis que la seconde solution consiste, au contraire, à faire appel à une enveloppe métallique tubulaire de section initiale inférieure à celle de l'élément filtrant, puis, après expansion, à y insérer de force ce dernier. Two methods are currently used to immobilize this part, hereinafter called the filter element, inside such a metallic tubular casing, one consisting in constricting the latter on this element and thus creating a tight fit. , while the second solution consists, on the contrary, in using a tubular metal casing with an initial section smaller than that of the filter element, then, after expansion, forcibly inserting the latter.

De telles techniques sont notamment décrites dans les documents EP-A-0. 982.480 et US-A-5.755. 025. Such techniques are notably described in documents EP-A-0. 982.480 and US-A-5.755. 025.

Ainsi, le document EP-A-0. 982.480 fait référence à la solution consistant à rétreindre l'enveloppe métallique tubulaire à l'intérieur de laquelle ont été placés au préalable un ou plusieurs éléments filtrants. Ceux-ci sont enveloppés d'un manteau en un matériau susceptible d'être comprimé tout en étant capable de les isoler thermiquement par rapport à ladite enveloppe. Thus, document EP-A-0. 982.480 refers to the solution consisting in shrinking the tubular metallic envelope inside which one or more filter elements have been placed beforehand. These are wrapped in a mantle of a material capable of being compressed while being capable of thermally insulating them from said envelope.

Dans le cadre du document US-A-5.755. 025, il est décrit un procédé de fabrication d'un tel catalyseur consistant, partant d'une enveloppe métallique tubulaire de section inférieure à l'élément filtrant, à augmenter cette section pour que l'on puisse y introduire, en force, ledit élément filtrant. In the context of document US-A-5.755. 025, there is described a method of manufacturing such a catalyst consisting, starting from a tubular metal casing of section smaller than the filter element, to increase this section so that one can introduce therein, by force, said element filter.

Il est encore usuel de concevoir des catalyseurs ne comportant pas un, mais deux voire, davantage, d'éléments filtrants se succédant à l'intérieur de l'enveloppe métallique tubulaire. Dans ce cas, il est d'usage de ménager, dans la portion inter-éléments filtrants de cette enveloppe, une ouverture permettant l'engagement d'une sonde de température et/ou de pression et/ou de teneur en oxygène, utile à la gestion du fonctionnement du moteur. It is still usual to design catalysts not comprising one, but two or even more, successive filter elements inside the tubular metal casing. In this case, it is customary to provide, in the inter-filtering portion of this envelope, an opening allowing the engagement of a temperature and / or pressure and / or oxygen content probe, useful for management of engine operation.

Dans la mesure où, pour des questions de facilité de conception, cette ouverture pour la réception de la sonde est découpée dans cette enveloppe métallique tubulaire avant qu'intervienne l'une ou l'autre opération de retreint ou d'expansion, les contraintes appliquées à cette enveloppe au cours de ces étapes de fabrication ont pour conséquence l'ovalisation de cette ouverture pour la réception de la sonde. Evidemment, ceci rend plus difficile la mise en place de cette dernière. Insofar as, for reasons of ease of design, this opening for the reception of the probe is cut out from this tubular metal casing before any shrinking or expansion operation takes place, the constraints applied to this envelope during these manufacturing steps result in the ovalization of this opening for the reception of the probe. Obviously, this makes it more difficult to set up the latter.

De telles déformations viennent, par ailleurs, contraindre le métal, conséquence qui, combinée à la présence d'une, voire plusieurs ouvertures, peut être à l'origine d'amorces de ruptures de cette enveloppe métallique tubulaire. Such deformations come, moreover, to constrain the metal, a consequence which, combined with the presence of one, or even several openings, can be the source of the initiation of ruptures of this tubular metallic envelope.

En fait, il a été imaginé, selon l'invention, que dans sa longueur rétreinte ou expansée, l'enveloppe métallique tubulaire comporte une zone, qualifiée d'intermédiaire dans la suite de la description, qui n'est pas rétreinte ou, selon le cas, expansée lors de la mise en place de ce ou ces éléments filtrants. In fact, it has been imagined, according to the invention, that in its constricted or expanded length, the tubular metallic envelope comprises a zone, qualified as an intermediary in the following description, which is not constricted or, according to the case, expanded during the installation of this or these filter elements.

Tout particulièrement, lorsque le catalyseur comporte plusieurs de ces éléments filtrants disposés successivement dans l'enveloppe métallique tubulaire, cette zone intermédiaire non rétreinte ou non expansée, correspond, préférentiellement, à la zone inter-éléments filtrants comportant, par ailleurs, au moins une ouverture pour la réception d'une sonde de mesure. In particular, when the catalyst comprises several of these filter elements arranged successively in the tubular metal casing, this non-constricted or unexpanded intermediate zone preferably corresponds to the inter-filter element zone comprising, moreover, at least one opening. for receiving a measurement probe.

En fin de compte, si au travers de cette zone intermédiaire ne subissant pas de contrainte lors de la mise en place des éléments filtrants l'on vient répondre, efficacement, aux problèmes rencontrés par le passé, il est, par ailleurs, conféré à l'enveloppe métallique tubulaire une résistance à la déformation accrue. Ultimately, if through this intermediate zone not undergoing stress during the installation of the filtering elements one comes to respond effectively to the problems encountered in the past, it is, moreover, conferred on the 'tubular metal casing increased resistance to deformation.

A noter, à ce propos, que dans le cas d'une zone non rétreinte au-dessus du ou des éléments filtrants, elle définit, extérieurement au catalyseur, un bossage périphérique formant une ceinture de protection de ce ou ces éléments filtrants, en cas de choc externe. Note, in this regard, that in the case of a non-constricted area above the filter element or elements, it defines, externally to the catalyst, a peripheral boss forming a protective belt for this or these filter elements, in the event external shock.

Ainsi, l'invention concerne un catalyseur pour filtration de gaz d'échappement, comportant au moins un élément filtrant contenu dans une enveloppe métallique tubulaire rétreinte ou expansée autour dudit élément filtrant, caractérisé par le fait que ladite enveloppe métallique tubulaire comporte, sur sa longueur rétreinte ou expansée au moins une zone intermédiaire, respectivement, non rétreinte ou non expansée. Thus, the invention relates to a catalyst for filtering exhaust gases, comprising at least one filter element contained in a tubular metal envelope shrunk or expanded around said filter element, characterized in that said tubular metal envelope comprises, over its length constricted or expanded at least one intermediate area, respectively, uncapped or unexpanded.

L'invention concerne encore un procédé de fabrication d'un tel catalyseur, caractérisé par le fait que l'on préserve dans la longueur expansée ou rétreinte de l'enveloppe métallique tubulaire, lors de la mise en place du ou des éléments filtrants, une zone périphérique intermédiaire non soumise à l'opération d'expansion ou de retreint. The invention also relates to a method of manufacturing such a catalyst, characterized in that the expanded length or constriction of the tubular metal casing is preserved, when the filter element or elements are put in place, a intermediate peripheral zone not subject to the expansion or shrinking operation.

D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre se rapportant à un mode de réalisation qui n'est donné qu'à titre d'exemple indicatif et non limitatif. Other objects and advantages of the present invention will emerge during the description which follows, relating to an embodiment which is given only by way of indicative and nonlimiting example.

La compréhension de cette description sera facilitée en se référant au dessin ci-joint dans lequel : la figure 1 est une représentation schématisée et en coupe d'un catalyseur conforme à l'invention, dont l'enveloppe métallique tubulaire est retreinte sur un élément filtrant ; la figure 2 est une représentation similaire à la figure 1, le catalyseur comportant deux éléments filtrants se succédant à l'intérieur de l'enveloppe métallique tubulaire tout en préservant entre eux un espace au droit duquel ladite enveloppe n'est pas rétreinte ; la figure 3 est une représentation similaire à la figure 2 sachant que pour la réception d'un élément filtrant il y a eu expansion de l'enveloppe métallique tubulaire, sauf dans une zone intermédiaire se situant entre deux de ces éléments ; The understanding of this description will be facilitated by referring to the attached drawing in which: FIG. 1 is a diagrammatic and sectional representation of a catalyst according to the invention, the tubular metallic envelope of which is shrunk on a filter element ; FIG. 2 is a representation similar to FIG. 1, the catalyst comprising two successive filtering elements inside the tubular metallic envelope while preserving between them a space at the right of which said envelope is not constricted; Figure 3 is a representation similar to Figure 2 knowing that for the reception of a filter element there has been expansion of the tubular metal casing, except in an intermediate zone lying between two of these elements;

la figure 4 est une représentation schématisée, partielle et en perspective d'un catalyseur conforme à l'invention dont l'enveloppe tubulaire métallique a subi une expansion en vue de la réception d'un élément filtrant. FIG. 4 is a diagrammatic, partial and perspective representation of a catalyst according to the invention, the metallic tubular envelope of which has undergone expansion with a view to receiving a filter element.

Dans la suite de la description on se référera aux différentes figures du dessin ci-joint. In the following description, reference will be made to the various figures of the attached drawing.

Plus particulièrement, la présente invention a trait à un catalyseur 1 pour la filtration de gaz d'échappement, comportant au moins un élément filtrant 2,2A contenu dans une enveloppe métallique tubulaire 3. Celle-ci est, selon le cas, rétreinte, comme représenté dans les figures 1 et 2, ou, au contraire et tel que visible dans les figures 3 et 4, expansée autour de ce ou ces éléments filtrants 2,2A. More particularly, the present invention relates to a catalyst 1 for the filtration of exhaust gases, comprising at least one filter element 2.2A contained in a tubular metal casing 3. This is, as the case may be, shrunk, as shown in Figures 1 and 2, or, on the contrary and as visible in Figures 3 and 4, expanded around this or these filter elements 2.2A.

En ce qui concerne ces derniers, il s'agit, très fréquemment, de pièces monolithiques en céramique 4 qu'entoure un manteau 5 en un matériau présentant, souvent, une certaine souplesse à l'écrasement et capable d'assurer une isolation thermique entre ces éléments filtrants et l'enveloppe métallique tubulaire 3. As far as the latter are concerned, very often these are monolithic ceramic pieces 4 surrounded by a mantle 5 made of a material often having a certain flexibility in crushing and capable of ensuring thermal insulation between these filter elements and the tubular metal casing 3.

Selon l'invention, celle-ci comporte, au moins dans sa longueur 6 rétreinte ou, selon le cas, expansée au moins une zone 7 intermédiaire non rétreinte ou, respectivement, non expansée. According to the invention, this comprises, at least in its length 6 constricted or, as the case may be, expanded at least one intermediate zone 7 which is not constricted or, respectively, unexpanded.

Par conséquent, cette zone 7 intermédiaire définit une ceinture périphérique 8 sous forme d'un bossage ou d'une rainure au niveau de cette enveloppe métallique tubulaire 3, ayant pour conséquence de rigidifier cette dernière. Consequently, this intermediate zone 7 defines a peripheral belt 8 in the form of a boss or a groove at the level of this tubular metallic envelope 3, having the consequence of stiffening the latter.

En fin de compte, lors de la fabrication de ce catalyseur 1, on ne retreint l'enveloppe métallique tubulaire 3 que dans ses parties s'étendant de part et d'autre de cette ou ces zones 7 intermédiaires pour immobiliser, à l'intérieur le ou les éléments filtrants 2,2A. En cas d'expansion, celle-ci n'intervient, là encore, que de part et d'autre de cette ou ces zones 7 définies au niveau de l'enveloppe métallique tubulaire 3. Ultimately, during the manufacture of this catalyst 1, the tubular metal casing 3 is only shrunk in its parts extending on either side of this or these intermediate zones or zones 7 for immobilizing, inside the filter element (s) 2.2A. In the event of expansion, this again occurs only on either side of this or these zones 7 defined at the level of the tubular metallic envelope 3.

Avantageusement, au moins une telle zone 7 intermédiaire, non rétreinte ou, selon le cas, non expansée, peut être préservée en amont ou en aval d'un élément filtrant 2,2A, ceci dans le but de faciliter la mise en place, en amont ou en aval de cet élément Advantageously, at least one such intermediate zone 7, not constricted or, as the case may be, unexpanded, can be preserved upstream or downstream of a filter element 2.2A, this in order to facilitate the installation, by upstream or downstream of this element

filtrant 2,2A, d'au moins une sonde de mesure de température et/ou de pression et/ou de teneur en oxygène comme cela sera expliqué plus en avant dans cette description. 2.2A filter, of at least one temperature and / or pressure and / or oxygen content measurement probe as will be explained further in this description.

Par ailleurs, au moins une zone (7) intermédiaire, non soumise à l'opération de rétreint ou d'expansion, peut être préservée dans la portion (6A) de l'enveloppe métallique tubulaire (3) destinée à s'étendre au-dessus du ou des éléments filtrants (2,2A). Furthermore, at least one intermediate zone (7), not subjected to the constriction or expansion operation, can be preserved in the portion (6A) of the tubular metallic envelope (3) intended to extend over the above the filter element (s) (2.2A).

Dans les figures 2 et 3 il est représenté un catalyseur 1 comportant plusieurs éléments filtrants 2,2A se succédant, avec un espacement 9, à l'intérieur de l'enveloppe métallique tubulaire 3. In FIGS. 2 and 3 there is shown a catalyst 1 comprising several successive filter elements 2.2A, with a spacing 9, inside the tubular metal casing 3.

Dans ces conditions, il est généralement inséré, entre ces éléments filtrants 2,2A, une sonde de mesure de pression et/ou de teneur en oxygène et/ou de température. Une telle sonde est engagée dans ce catalyseur 1 au travers d'une ouverture 10 de section ajustée ménagée au niveau de ladite enveloppe 3, à hauteur de cet espacement 9. Under these conditions, there is generally inserted, between these filter elements 2.2 A, a pressure and / or oxygen content and / or temperature measurement probe. Such a probe is engaged in this catalyst 1 through an opening 10 of adjusted section made at the level of said envelope 3, at the height of this spacing 9.

En fin de compte et selon un mode de réalisation particulier de l'invention, au moins une zone 7 intermédiaire de l'enveloppe 3, non retreinte ou non expansée, se situe au droit de cet espacement 9. In the end and according to a particular embodiment of the invention, at least one zone 7 intermediate of the envelope 3, not shrunk or unexpanded, is located at the right of this spacing 9.

Dans une telle zone 7, sont, par ailleurs, pratiquées, préférentiellement, la ou les ouvertures 10 pour la réception de cette ou ces sondes. Tout particulièrement cette ou ces ouvertures 10 sont réalisées au niveau de cette enveloppe 3 avant qu'intervent l'opération de rétreint ou, selon le cas, d'expansion, préférentiellement au moment même où est conçue ladite enveloppe 3. In such a zone 7, are, moreover, preferably made, the opening or openings 10 for the reception of this or these probes. In particular, this or these openings 10 are produced at the level of this envelope 3 before the shrinking or, as the case may be, expansion operation takes place, preferably at the very moment when said envelope 3 is designed.

Ainsi, comme cela ressort de la description qui précède, la présente invention vient répondre de manière avantageuse au problème posé. Thus, as appears from the above description, the present invention comes to respond advantageously to the problem posed.

Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. Although the invention has been described with reference to a particular embodiment, it is understood that it is in no way limited thereto and that it is possible to make various modifications to the forms, materials and combinations of these. various elements without departing from the scope and spirit of the invention.

Claims

claims

1. Catalyst for exhaust gas filtration, comprising at least one filter element (2.2A) contained in a tubular metallic envelope (3) shrunk or expanded around said filter element (2.2A), characterized in that said tubular metal envelope (3) comprises, over its length (6), at least one intermediate zone (7), respectively, not constricted or unexpanded.

2. Catalyst according to claim 1, characterized in that at least one intermediate area (7), not constricted or, as the case may be, not expanded, is preserved upstream and / or downstream of a filter element (2 , 2A).

3. Catalyst according to claim 1 or 2, characterized in that at least one zone (7) intermediate, respectively, not constricted or unexpanded is located in the portion (6A) of the tubular metal casing (3) s 'extending above the filter element (s) (2,2A).

4. Catalyst according to any one of claims 1 to 3, comprising several filter elements (2,2A) succeeding each other with a spacing (9) inside the tubular metal casing (3), characterized in that 'at least one area (7) not constricted or unexpanded is located at the right of said spacing (9), between two successive filter elements (2,2A).

5. Catalyst according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an intermediate zone (7), respectively, not constricted or unexpanded, defines a peripheral belt (8) in the form, respectively, of a boss or a groove at the tubular metal casing (3).

6. Catalyst according to any one of claims 1 to 5, characterized in that at the level of a non-constricted or unexpanded intermediate zone (7) one or more openings (10) are provided for the reception of probes. measured.

7. A method of manufacturing a catalyst (1) according to any one of claims 1 to 6 and comprising at least one filter element (2.2A) contained in a metal casing

tubular (3) constricted or expanded around said filter element (2,2A), characterized by the fact that the length (6) expanded or constricted of the tubular metallic envelope (3) is preserved, during the setting in place of the filter element (s) (2,2A), an intermediate peripheral zone (7) not subjected to the expansion or shrinking operation.

8. Method according to claim 7, characterized in that at least one zone (7) is preserved, not constricted or, as the case may be, not expanded, upstream or downstream of a filter element (2, 2A).

9. Method according to claim 7 or 8, characterized in that at least one zone (7) is preserved which is not subjected to the shrinking or expansion operation in the portion (6A) of the metal casing. tubular (3) intended to extend above the filter element or elements (2,2A).

10. Method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that in an intermediate zone (7) not subjected to the shrinking or expansion operation, one or more openings are cleaned beforehand (10) for receiving measurement probes.