Domaine technique

L’invention concerne un dispositif de traitement des gaz d’échappement pour un moteur à combustion interne comprenant un élément fonctionnel disposé dans un logement, et plus particulièrement un élément de maintien intercalé entre l’élément fonctionnel et son logement, pour assurer l’immobilisation de l’élément fonctionnel, l’absorption des chocs et vibrations mécaniques, l’étanchéité aux gaz et l’isolation thermique.

Technique antérieure

Tel qu’illustré à la figure 1 , il est connu de placer un élément de maintien 6, généralement sous forme d’un matelas souple, entre l’élément fonctionnel 2 et le logement 3. L’élément fonctionnel 2 est typiquement une pièce en céramique assurant la fonction de convertisseur catalytique, de forme sensiblement cylindrique selon un axe A. Le logement 3 est une enceinte métallique, typiquement en acier inoxydable, enveloppant l’élément fonctionnel 2, de révolution autour de l’axe A, et connecté à une canalisation d’entrée 4 par une de ses extrémités selon l’axe A et à une canalisation de sortie 5 par l’autre de ses extrémités selon l’axe A. L’élément de maintien 6 assure plusieurs fonctions : il sépare l’élément fonctionnel 2 et le logement 3 dont les matières sont incompatibles, il assure une immobilisation de l’élément fonctionnel 2 en occupant l’espace libre, avantageusement avec un rappel compressif rendu possible par une élasticité de l’élément de maintien 6, il absorbe les chocs et vibrations mécaniques, il assure une étanchéité aux gaz au niveau des canalisations d’entrée 4 et de sortie 5 et il isole thermiquement.

Résumé de l'invention

Du fait de ces nombreuses fonctions, l’élément de maintien 6 comprend différents matériaux dont certains peuvent être coûteux.

Aussi l’invention vise à réduire le coût de réalisation de l’élément de maintien et ceci selon différentes approches.

Pour résoudre un ou plusieurs des inconvénients cités précédemment, l’invention concerne un dispositif de traitement des gaz d’échappement comprenant un élément fonctionnel, sensiblement cylindrique autour d’un axe, un logement enveloppant l’élément fonctionnel et connecté à une canalisation d’entrée par une de ses extrémités selon l’axe et à une canalisation de sortie par l’autre de ses extrémités selon l’axe, et un élément de maintien intercalé entre l’élément fonctionnel et le logement, où ledit élément de maintien comprend au moins deux matelas : un premier matelas assurant l’isolation thermique et un deuxième matelas assurant l’isolation thermique, l’immobilisation de l’élément fonctionnel, l’absorption des chocs et vibrations mécaniques et l’étanchéité aux gaz au niveau des canalisations d’entrée et de sortie.

Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :

• le deuxième matelas comprend un premier anneau entourant une première extrémité selon l’axe de la surface génératrice de l’élément fonctionnel et un deuxième anneau entourant une deuxième extrémité selon l’axe de la surface génératrice de l’élément fonctionnel et le premier matelas recouvre les parties de la surface génératrice de l’élément fonctionnel non couvertes par le deuxième matelas,

• le deuxième matelas comprend encore au moins une bande axiale, le deuxième matelas formant un ensemble de bandes sensiblement rectilignes formant un « U », un « H », un rectangle creux ou une échelle,

• le deuxième matelas comprend encore au moins un renfort intermédiaire annulaire ou axial,

• le deuxième matelas est réalisé par moulage,

• le deuxième matelas est réalisé par découpe de bandes sensiblement rectilignes,

• chaque bande du deuxième matelas est munie d’une première découpe apte à engager une deuxième découpe complémentaire d’une bande adjacente,

• chaque bande du deuxième matelas est conformée, pour se regrouper avec au moins une autre bande de manière à former un pavage de l’espace,

• les bandes horizontales et l’éventuelle au moins une bande formant ledit au moins un renfort annulaire réalisent ensemble un pavage et les bandes verticales et l’éventuelle au moins une bande formant ledit au moins un renfort axial réalisent ensemble un autre pavage,

• la première découpe est un tenon droit et la deuxième découpe est une encoche droite complémentaire,

• la première découpe est une queue d’aronde et la deuxième découpe est une mortaise complémentaire,

• le premier matelas est réalisé en fibre de verre de type E ou haute température de type ECR, en fibre de silice ou en fibre de silicate alcalino terreux, AES, de type papier ou aiguilleté, • le deuxième matelas est réalisé en fibre de silicate alcalino terreux, AES, en fibre de céramique réfractaire ou en laine polycristalline, PCW, de type papier ou aiguilleté.

Brève description des dessins

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :

[Fig 1 ] déjà décrite, représente, en vue perspective partiellement écorchée, un dispositif de traitement des gaz d’échappement selon l’art antérieur,

[Fig 2] représente, en vue perspective partiellement écorchée, un dispositif de traitement des gaz d’échappement selon un mode de réalisation de l’invention,

[Fig 3], [Fig 4], [Fig 5] et [Fig 6] représentent des plans d’un deuxième matelas selon différents modes de réalisation,

[Fig 7] et [Fig 8] représentent des patrons de coupe des différentes pièces du deuxième matelas dans le mode de réalisation par découpe,

[Fig 9] représente, en vue perspective, sans logement, un dispositif de traitement des gaz d’échappement, selon un mode de réalisation de l’invention.

Description des modes de réalisation

En référence à la figure 2, un dispositif 1 de traitement des gaz d’échappement comprend un élément fonctionnel 2, tel un convertisseur catalytique, sensiblement cylindrique autour d’un axe A. L’élément fonctionnel 2 est enveloppé par un logement 3. L’élément fonctionnel 2 est en charge de convertir les gaz d’échappement issus d’un moteur à explosion. Lesdits gaz traversent l’élément fonctionnel 2 selon l’axe A. Le logement 3 est typiquement étanche aux gaz. Il est connecté à une canalisation d’entrée 4 par une de ses extrémités selon l’axe A, par laquelle arrivent les gaz d’échappement, et à une canalisation de sortie 5 par l’autre de ses extrémités selon l’axe A, par laquelle repartent les gaz d’échappement. L’élément fonctionnel 2 est classiquement en céramique. Le logement 3 et les canalisations 4, 5, sont classiquement en matériau métallique, préférentiellement de l’acier inoxydable.

Un élément de maintien 6 est intercalé entre l’élément fonctionnel 2 et le logement 3. Cet élément de maintien assure plusieurs fonctions. Une première fonction est de séparer l’élément fonctionnel 2 du logement 3, leur matériau respectif n’étant pas nécessairement compatibles. Une autre fonction de l’élément de maintien 6 est de remplir l’espace entre l’élément fonctionnel 2 et le logement 3 afin d’assurer une immobilisation de l’élément fonctionnel 2. Avantageusement l’élément de maintien 6 est réalisé dans un matériau souple, présentant préférentiellement une certaine élasticité. Ainsi l’élément de maintien 6 est comprimé lors de sa mise en place et assure un effet de rappel afin d’accommoder les dilatations thermiques différentielles. Ceci contribue encore à réaliser une autre fonction d’absorption des chocs et des vibrations mécaniques. L’élément de maintien 6 assure encore une fonction d’étanchéité aux gaz, principalement au niveau des extrémités de l’élément fonctionnel 2, où ce dernier est en contact avec les canalisations d’entrée 4 et de sortie 5. L’étanchéité est nécessaire pour que les gaz circulent par l’intérieur de l’élément fonctionnel 2. A cette fonction d’étanchéité, s’ajoute, dans la même zone où l’élément de maintien 6 est en contact avec les gaz, une fonction de résistance à l’érosion causée par les gaz. L’élément de maintien 6 assure encore une fonction d’isolation thermique, afin de réduire la température du logement 3 alors que l’élément fonctionnel 2 est chauffé par les gaz d’échappement.

Certaines de ces fonctions nécessitent des matériaux coûteux. Aussi l’invention propose, par différentes approches, de réduire l’utilisation des matériaux les plus coûteux. Selon une caractéristique avantageuse de l’invention, plus particulièrement visible à la figure 2, l’élément de maintien 6 est réalisé en au moins deux matelas : un premier matelas 7 assurant uniquement l’isolation thermique et qui peut être réalisé dans un matériau relativement peu cher et un deuxième matelas 8 assurant les autres fonctions : isolation thermique, mais encore : séparation, immobilisation de l’élément fonctionnel 2, absorption des chocs et vibrations mécaniques, étanchéité aux gaz au niveau des canalisations d’entrée 4 et de sortie 5, et résistance à l’érosion.

Le deuxième matelas 8, nécessite un matériau relativement plus cher et doit être économisé au maximum : en minimisant la surface effectivement utilisée et en minimisant les éventuelles pertes en cours de fabrication.

Selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustrée par la figure 2, le deuxième matelas 8 présente une surface réduite au minimum nécessaire pour assurer ses fonctions. La fonction, notamment d’étanchéité au niveau des extrémités où sont connectées les canalisations d’entrée 4 et de sortie 5, impose un recouvrement annulaire desdites extrémités. Aussi le deuxième matelas 8 comprend un premier anneau 10 entourant une première extrémité selon l’axe A de la surface génératrice de l’élément fonctionnel 2 et un deuxième anneau 1 1 entourant une deuxième extrémité selon l’axe A de la surface génératrice de l’élément fonctionnel 2. De manière complémentaire, afin d’assurer la fonction d’isolation thermique sur toute la surface génératrice de l’élément fonctionnel 2, le premier matelas 7 recouvre les parties de la surface génératrice de l’élément fonctionnel 2 non couvertes par le deuxième matelas 8. Aussi, dans tous les modes de réalisation, le plan de découpe du premier matelas 7, non représenté, correspond aux trous présents dans le deuxième matelas 8 et est donc le plan complémentaire de celui du deuxième matelas 8. Dans tous les modes de réalisation, le premier matelas 7 et le deuxième matelas 8 sont complémentaires et forment un pavage de la surface génératrice de l’élément fonctionnel 2.

Selon une autre caractéristique, le deuxième matelas 8 comprend encore au moins une bande axiale 12, 13. Cette bande axiale 12, 13 permet de relier les deux bandes formant les anneaux 10, 1 1 , afin de ne former qu’un unique matelas 8 plus simple à manipuler et à mettre en place dans le dispositif 1. Du fait de la complémentarité du premier matelas 7 et du deuxième matelas 8, ladite au moins une bande axiale 12, 13, si elle est présente retire autant de surface au premier matelas 7.

Les figures 3-6 illustrent, selon différents modes de réalisation, le deuxième matelas 8 déroulé à plat. Du fait de la complémentarité, le plan du premier matelas 7 se déduit des blancs laissés par le deuxième matelas 8. L’axe A est indiqué pour figurer la direction de l’axe A lors de la mise en place sur l’élément fonctionnel 2, autour duquel le premier matelas 7 et le deuxième matelas 8 viennent s’enrouler. Les anneaux 10, 1 1 forment des bandes sensiblement rectilignes, ici verticales. Ladite au moins une bande axiale 12, 13 est une bande sensiblement rectiligne, ici horizontale. Selon le nombre et la position de ladite au moins une bande axiale 12, 13, la forme du deuxième matelas 8 varie. Ainsi avec une unique bande axiale 12 en position extrême, l’ensemble présente sensiblement une forme de « U ». Avec une unique bande axiale 12 en position médiane, l’ensemble présente sensiblement une forme de « H ». Avec deux bandes axiales 12, 13, destinées, en place dans le dispositif 1 , à venir l’une contre l’autre bord à bord, l’ensemble présente sensiblement une forme de rectangle creux ou de « O ». Dans tous les cas, l’ensemble est formé de bandes 15-19 sensiblement rectilignes.

Selon un mode de réalisation, illustré à la figure 4, plus particulièrement adapté à un élément fonctionnel 2 présentant un gros diamètre, le deuxième matelas 8 comprend encore au moins un renfort 14 axial intermédiaire, disposé entre les deux extrémités selon l’axe A de l’élément fonctionnel 2. Selon un mode de réalisation alternatif ou complémentaire, non illustré, plus particulièrement adapté à un élément fonctionnel 2 de grande longueur, le deuxième matelas 8 comprend encore au moins un renfort 14 annulaire intermédiaire, disposé entre et parallèlement aux anneaux 10, 1 1. Il est possible de combiner les deux types de renforts axiaux et annulaires, si le diamètre et la longueur sont importants. Un deuxième matelas 8 doté d’au moins un renfort 14 a sensiblement la forme d’une échelle.

Quelle que soit la forme retenue pour le deuxième matelas 8, elle présente de nombreuses découpes sans matière. Il a été mentionné que le matériau du deuxième matelas 8 est plus coûteux. Aussi ces découpes sont avantageuses en ce qu’elles permettent d’épargner du matériau coûteux. Les découpes sans matière sont avantageusement remplies par le premier matelas 7, moins coûteux. Ces découpes correspondent aux zones où la seule fonction à assurer est l’isolation thermique.

Selon un premier mode de réalisation, le deuxième matelas 8 est réalisé par moulage. Sont concernés par ce mode de réalisation des matériaux de type papier non tissé, comprenant des fibres assurant les propriétés fonctionnelles souhaitées. Le moulage est ici avantageux en ce qu’il n’utilise que la quantité juste nécessaire de matériau.

Selon un autre mode de réalisation, le deuxième matelas 8 est réalisé par découpage dans une nappe de matériau préfabriqué. Sont concernés par ce mode de réalisation des matériaux de type aiguilleté. L’aiguilletage est un procédé connu consistant à aérer un matériau en nappe par une perforation au moyen d’une planche à aiguille. Ceci impose une préfabrication de la nappe. Si le deuxième matelas 8 est découpé d’une pièce, tel qu’illustré aux figures 3 ou 4, la ou les découpes, ici une ou deux, vont créer des chutes perdues ou difficilement réutilisables.

Aussi, selon une autre caractéristique, le deuxième matelas 8 est réalisé en découpant séparément chacun des bandes 15-19, constitutives du deuxième matelas 8. Les découpes sont réalisées de manière à former des bandes 15-19 sensiblement rectilignes, afin de minimiser les chutes de découpe. Tel qu’illustré à la figure 5 ou 6, l’anneau 10 est sensiblement formé par une bande verticale 17, l’anneau 1 1 est sensiblement formé par une bande verticale 18, la bande axiale 12 est sensiblement formée par une bande horizontale 15, la bande axiale 13 est sensiblement formée par une bande horizontale 16 et l’éventuel au moins un renfort 14, ici axial, est sensiblement formé par une bande 19. Afin de préassembler les bandes 15-19 en un deuxième matelas 8 avant ou lors de sa mise en place sur le dispositif fonctionnel 2, chacune des bandes 15-19 est avantageusement munie d’une première découpe 20 apte à engager une deuxième découpe complémentaire 21 d’une bande 15-19 adjacente. Ainsi les bandes 15-19 peuvent être prépositionnées et les découpes limitent leur mouvement relatif. Les figures 5 et 6 illustrent cette caractéristique. La bande 15 comporte une découpe male 20 verticale apte à engager une découpe complémentaire femelle 21 verticale dans la bande 16. La bande 15 comporte encore une découpe male 20 horizontale apte à engager une découpe femelle 21 horizontale dans la bande 17. La bande 15 comporte encore une découpe femelle 21 horizontale apte à engager une découpe femelle 20 horizontale dans la bande 18. Ainsi la bande 15 est positionnée relativement aux bandes adjacentes.

Le pré-assemblage du deuxième matelas 8 peut être assisté au moyen de colle, entre les bandes 15-19, et/ou avec le ou les morceaux du premier matelas 7, afin d’être maintenu jusqu’à la mise en place du logement 3. Alternativement ou complémentairement, les bandes 15-19 constitutives du deuxième matelas 8 et les morceaux du premier matelas 7 peuvent être préassemblées sur un film thermolabile, tel un film polypropylène, ce film étant détruit à la mise en service du dispositif 1.

Selon une autre caractéristique avantageuse, chacune des bandes 15-19 constitutives du deuxième matelas 8 est conformée, pour se regrouper avec au moins une autre bande 15-19 de manière à former un pavage de l’espace. Un pavage est un recouvrement surfacique où la somme des surfaces des pièces élémentaires occupe toute la surface. Pour cela il convient que deux bandes, destinées à être regroupées, présentent chacune au moins un profil de bord complémentaire du profil de bord de l’autre bande en regard. Ceci permet de réduire ou préférentiellement de supprimer les chutes de découpage.

Les figures 7, 8 illustrent les deux pavages utilisés pour obtenir les cinq bandes 15-19 du deuxième matelas 8 de la figure 6. Ainsi la figure 8 montre un regroupement des deux bandes 17, 18. Ceci permet d’obtenir un rectangle reproductible périodiquement à l’infini, sans chute. Ainsi à partir d’un rouleau de matériau de largeur L2 ou L3, il est possible de produire des bandes 17, 18, sans aucune chute et dans les quantités respectives nécessaires. La figure 7 montre un regroupement des trois bandes 15, 16, 19. Ceci permet d’obtenir une forme sensiblement rectangulaire reproductible périodiquement à l’infini, sans chute. Ainsi à partir d’un rouleau de matériau de largeur L1 , il est possible de produire des bandes 15, 16, 19 sans aucune chute et dans les quantités respectives nécessaires.

Il peut être noté que la bande 19, par sa symétrie, peut ici être réalisée en quantité quelconque : elle peut être supprimée ou multipliée, autant que de besoin. De même les figures illustrent une bande 19 d’un renfort axial 14, regroupée avec les bandes 15, 16 horizontales. Une bande 19 d’un renfort annulaire 14 pourrait de manière analogue être regroupée avec les bandes 17, 18 verticales, en introduisant cependant de faibles chutes.

La figure 9 illustre un élément de maintien 6, comprenant un deuxième matelas 8 selon le plan de la figure 6 et un premier matelas 7 selon un plan complémentaire, disposé sur la surface génératrice d’un élément fonctionnel 2.

Selon une autre caractéristique, illustrée aux figures 3-7, la première découpe 20 est un tenon droit et la deuxième découpe 21 est une encoche droite complémentaire du tenon.

Selon une autre caractéristique, illustrée aux figures 6-8, la première découpe 20 est une queue d’aronde et la deuxième découpe 21 est une mortaise complémentaire de ladite queue d’aronde. Cette autre caractéristique est avantageuse en ce qu’elle assure un meilleur maintien des deux bandes ainsi engagées qui ne peuvent se désolidariser, dans le plan du deuxième matelas 8, ni transversalement, ni longitudinalement. Aussi cette caractéristique est particulièrement adaptée à un assemblage selon la direction axiale, en ce que les bandes 15-19 du deuxième matelas 8 ne sont pas maintenues par le logement 3 selon cette direction.

Les deux types de découpe 20, 21 précédemment décrits ne sont pas limitatifs et les découpes peuvent présenter des profils quelconques, tant qu’ils sont complémentaires entre eux. Il est encore possible de mélanger les différents types de découpe 20, 21 au sein d’un même deuxième matelas 8 ou même au sein d’une même bande 15-19.

Le premier matelas 7 peut être réalisé en fibre de verre de type E ou haute température de type ECR, en fibre de silice ou en fibre alcalino terreuse, AES. Il peut être de type papier ou être aiguilleté.

Le deuxième matelas 8 est réalisé en fibre de silicate alcalino terreux, AES, en fibre de céramique réfractaire ou en laine polycristalline, PCW. Il peut être de type papier ou être aiguilleté.

L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.

Liste des signes de référence

• 1 : dispositif,

• 2 : élément fonctionnel,

• 3 : logement,

• 4 : canalisation d’entrée,

• 5 : canalisation de sortie,

• 6 : élément de maintien,

• 7 : premier matelas,

• 8 : deuxième matelas,

• 10 : anneau extrémité 1 ,

• 1 1 : anneau extrémité 2,

• 12, 13 : bande axiale,

• 14 : renfort,

• 15-19 : bandes,

• 20, 21 : découpes.