WO2003027455A1 - Catalyseur pour purification de gaz d'echappement et son procede de fabrication - Google Patents

Catalyseur pour purification de gaz d'echappement et son procede de fabrication Download PDF

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  • the filter element Two methods are currently used to immobilize this part, hereinafter called the filter element, inside such a metallic tubular envelope, one consisting in constricting the latter on this element and thus creating a fit. tight, while the second solution consists, on the contrary, in using a tubular metal casing of initial section 30 smaller than that of the filter element, then, after expansion, forcibly inserting the latter.

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Abstract

L'invention concerne un catalyseur pour filtration de gaz d'échappement, comportant au moins un élément filtrant (2, 2A) contenu dans une enveloppe métallique tubulaire (3) rétreinte ou expansée autour dudit élément filtrant (2, 2A). Ce catalyseur est caractérisé par le fait que ladite enveloppe métallique tubulaire (3) comporte, sur sa longueur (6), au moins une zone (7) intermédiaire, respectivement, non rétreinte ou non expansée. L'invention concerne encore un procédé pour la fabrication d'un tel catalyseur.

Description

CATALYSEUR POUR PURIFICATION DE GAZ D ' ECHAPPEMENT ET SON PROCEDE DE FABRICATION
L' invention concerne un catalyseur pour filtration de gaz 5 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.
10 La présente invention trouvera son application dans le domaine des systèmes d'échappement pour moteur à combustion interne, en particulier pour véhicules automobiles .
Pour des raisons de protection de l'environnement il est devenu 15 usuel d'équiper des lignes d'échappement de véhicules à moteur à combustion interne de catalyseurs pour la filtration des gaz d' échappement.
Un tel catalyseur comporte un substrat filtrant, souvent sous 20 forme d'une pièce monolithique en céramique et d'une section déterminée à laquelle est adaptée une enveloppe métallique de forme tubulaire.
Deux procédés sont actuellement employés pour immobiliser, cette 25 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 30 initiale inférieure à celle de l'élément filtrant, puis, après expansion, à y insérer de force ce dernier.
De telles techniques sont notamment décrites dans les documents EP-A-0.982.480 et US-A-5.755.025.
35 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.
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.
II 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 interéléments 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.
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.
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. A ce propos, l'on connaît encore par le document US-5 104 627 un dispositif de filtration de gaz d' échappement comportant une enveloppe métallique tubulaire ouverte de part et d' autre, à l'intérieur de la quelle sont fixées par brasage deux pièces filtrantes en nid d'abeille. Dans un exemple de réalisation, cette enveloppe tubulaire présente, par ailleurs, une section élargie dans la portion s' étendant entre les zones de brasage, de manière à préserver un vide en périphérie de ces deux pièces filtrantes, vide qui, en combinaison avec l'espace préservé entre lesdits pièces, permettent aux éléments de se dilater librement les uns par rapport aux autres sous l'effet de la chaleur.
Dans la mesure où l'enveloppe tubulaire ne subit, dans ce cas, aucune déformation additionnelle lors de la mise en place des éléments filtrants , il peut y être prévu une perforation pour la réception d'une sonde sans qu'il n'y ait de risque qu'elle subisse une déformation ultérieurement. En revanche, il ressort de ce document que l'immobilisation des pièces filtrantes par soudure est indispensable dans ces conditions. Or, une telle liaison rigide des différentes composants d'un catalyseur génère, sous l'effet des températures élevées auxquelles il est soumis, des contraintes importantes qui sont souvent à l'origine de sa rupture.
En fait, il a été imaginé, selon l'invention, que dans sa longueur rétreinte ou expansée pour immobiliser le ou les éléments filtrants qu'elle contient, 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 .
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.
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.
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.
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.
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.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et au vue du dessin ci-joint se rapportant à un mode de réalisation. La figure 1 est une représentation schématisée et en coupe d'un catalyseur conforme à l'invention, dont l'enveloppe métallique tubulaire est rétreinte 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 ;
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.
Dans la suite de la description on se référera aux différentes figures du dessin ci-joint.
Plus particulièrement, la présente invention a trait à un catalyseur 1 pour la fil ration 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.
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.
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.
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 .
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.
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 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.
Par ailleurs, au moins une zone (7) intermédiaire, non soumise à l'opération de retreint 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) .
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. 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.
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 rétreinte ou non expansée, se situe au droit de cet espacement 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'intervient l'opération de retreint ou, selon le cas, d'expansion, préférentiellement au moment même où est conçue ladite enveloppe 3.
Ainsi, comme cela ressort de la description qui précède, la présente invention vient répondre de manière avantageuse au problème posé.

Claims

Revendications
1. Catalyseur pour filtration de gaz d'échappement, comportant au moins un élément filtrant (2, 2A) contenu dans une enveloppe métallique tubulaire (3) rétreinte ou expansée autour dudit élément filtrant (2, 2A) , caractérisé par le fait que ladite enveloppe métallique tubulaire (3) comporte, sur sa longueur (6) , au moins une zone (7) intermédiaire, respectivement, non rétreinte ou non expansée.
2. Catalyseur selon la revendication 1 , caractérisé par le fait qu'au moins une zone (7) intermédiaire, non rétreinte ou, selon le cas, non expansée, est préservée en amont et/ou en aval d'un élément filtrant (2, 2A) .
3. Catalyseur selon la revendication 1 ou 2 , caractérisé par le fait qu'au moins une zone (7) intermédiaire, respectivement, non rétreinte ou non expansée se situe dans la portion (6A) de l'enveloppe métallique tubulaire (3) s'étendant au-dessus du ou des éléments filtrants (2, 2A) .
4. Catalyseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant plusieurs éléments filtrants (2, 2A) se succédant avec un espacement (9) à l'intérieur de l'enveloppe métallique tubulaire (3) , caractérisé par le fait qu'au moins une zone (7) non rétreinte ou non expansée se situe au droit dudit espacement (9), entre deux éléments filtrants (2, 2A) successifs.
5. Catalyseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'une zone (7) intermédiaire, respectivement, non rétreinte ou non expansée, définit une ceinture périphérique (8) sous forme, respectivement, d'un bossage ou d'une rainure au niveau de l'enveloppe métallique tubulaire (3) .
6. Procédé de fabrication d'un catalyseur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 et comportant au moins un élément filtrant (2, 2A) contenu dans une enveloppe métallique tubulaire (3) rétreinte ou expansée autour dudit élément filtrant (2, 2A) , caractérisé par le fait que l'on préserve dans la longueur (6) expansée ou rétreinte de l'enveloppe métallique tubulaire (3), lors de la mise en place du ou des éléments filtrants (2, 2A) , une zone périphérique (7) intermédiaire non soumise à l'opération d'expansion ou de retreint.
7. Procédé selon la revendication 7 , caractérisé par le fait que l'on préserve au moins une zone (7) intermédiaire, non rétreinte ou, selon le cas, non expansée, en amont ou en aval d'un élément filtrant (2, 2A) .
8. Procédé selon la revendication 7 ou 8 , caractérisé par le fait que l'on préserve au moins une zone (7) intermédiaire non soumise à l'opération de retreint ou d'expansion dans la portion (6A) de l'enveloppe métallique tubulaire (3) destinée à s'étendre au-dessus du ou des éléments filtrants (2 , 2A) .
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que dans une zone (7) intermédiaire non soumise à l'opération de retreint ou d'expansion, l'on ménage, préalablement, une ou plusieurs ouvertures (10) pour la réception de sondes de mesure.
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