FR3038938A1 - Filtre haute pression pour injecteur de carburant - Google Patents

Abstract

Un filtre à carburant pour un injecteur de carburant d'un moteur à combustion interne comprend une partie de montage (20) destinée à coopérer avec la paroi interne d'un perçage d'entrée (12) de carburant de l'injecteur pour la fixation du filtre par emmanchement en force, la partie de montage (20) étant munie d'un passage traversant (22) pour le carburant ; et une partie filtrante (24), solidaire de la partie de montage (22), ayant une forme de sac fermé dont l'ouverture communique avec le passage traversant de la partie de montage, et comprenant des trous filtrants (28) au moins dans sa paroi périphérique. Une partie d'entrée (34) est liée à la partie de montage (20) du côté opposé à la partie filtrante (24), la partie d'entrée formant un bord rabattu (34) de sorte à s'écarter de la paroi interne de la section d'entrée (12), et étant apte à recevoir la force axiale de mise en place du filtre..

Description

FILTRE HAUTE PRESSION POUR INJECTEUR DE CARBURANT Domaine technique

La présente invention concerne le domaine des injecteurs de carburant et plus particulièrement les filtres haute-pression disposés dans le canal interne de carburant des injecteurs pour retenir les débris portés par le carburant.

Etat de la technique

Le système d’injection de carburant à rampe commune (en anglais « common rail ») a été développé pour améliorer les performances des moteurs diesel, notamment au regard des règlementations concernant les émissions. Comme on le sait, dans ce système d’injection le carburant est placé sous haute pression (jusqu’à 1450 bars ou plus) dans un accumulateur en amont des injecteurs commandés électriquement, lesquels permettent d’injecter le carburant directement dans la chambre de combustion sous forme de spray.

Afin de protéger les injecteurs contre les débris (particules/impuretés) portés dans le carburant à travers les conduites haute pression, les injecteurs sont conventionnellement équipés d’un filtre disposé dans la section d’entrée d’un canal de carburant haute-pression de l’injecteur.

Typiquement, un filtre pour injecteur se compose de deux parties principales : - une section filtrante, généralement en forme de sac filtrant à paroi cylindrique ; - une section de montage en forme de manchon, à laquelle est fixée la section filtrante par son extrémité ouverte, de sorte que le carburant entre dans la partie filtrante par le passage central de la section de montage, et s'en échappe à travers les orifices de la paroi filtrante, retenant ainsi les débris.

Un exemple d'un tel filtre est décrit dans le FR 2 843 426. Le filtre est monté dans un perçage du corps d’injecteur situé au début d’un canal interne de carburant alimenté par la rampe commune. Le filtre comprend une section de montage destinée à fixer le filtre par emmanchement à force contre la surface interne du perçage, ainsi qu’une section de filtrage solidaire de la section d’entrée. La section de filtrage, de forme cylindrique, est munie de trous filtrants à sa périphérie et définit avec la paroi interne du perçage un passage tubulaire pour le carburant. La section de filtrage a son extrémité fermée, sans trous de filtration.

De tels filtres sont généralement fabriqués d'une seule pièce par emboutissage, dans un matériau métallique, en particulier résistant à la corrosion. Lorsque la partie filtrante est percée au laser, on utilise une épaisseur de paroi de la partie filtrante de l'ordre de 0,3 à 0,5 mm. La partie de montage peut avoir une épaisseur identique ou renforcée.

Les filtres pour injecteurs sont soumis à des contraintes importantes pendant leur utilisation : la pression de carburant qui peut s'élever jusqu'à 2 000 bar), et des contre-pressions peuvent survenir. Il importe donc que le degré d'interférence choisi entre la section de montage et le perçage d'entrée de l'injecteur soit bien calibré, et que la mise en place du filtre se fasse proprement.

Dans ce contexte, il a été observé que dans certains cas, lors de la mise en place du filtre en le forçant dans sa position —par pression axiale sur la section de montage depuis l'extérieur du perçage— la partie de montage se déforme, en particulier tend à s'incurver. Lorsque cela se produit, la section de montage prend un profil concave et n'est plus que partiellement en contact avec le perçage d'injecteur à sa périphérie, et cela affecte donc le maintien du filtre.

Objet de l’invention L’objet de la présente invention est de fournir un filtre à carburant pour injecteur qui ne présente pas les désavantages ci-avant mentionnés.

Description générale de l’invention

Avec cet objectif en tête, la présente invention propose un filtre pour un injecteur de carburant pour moteur à combustion interne comprenant : une partie de montage destinée à coopérer avec la paroi interne d'un perçage d'entrée de carburant de l'injecteur pour la fixation du filtre par emmanchement en force, la partie de montage étant munie d’un passage traversant pour le carburant ; et une partie filtrante, solidaire de la partie de montage, ayant une forme de sac fermé dont l’ouverture communique avec le passage traversant de la partie de montage, et étant munie de trous filtrants au moins dans sa paroi périphérique.

Selon un aspect important de l'invention, le filtre comprend une partie d'entrée qui est liée à la partie de montage du côté opposé à la partie filtrante. La partie d'entrée est formée telle un bord rabattu de sorte à s'écarter de la paroi interne de la section d'entrée, et définissant donc l'ouverture d'entrée du filtre. La partie d'entrée constitue ainsi un bord d'appui apte à recevoir la force axiale exercée lors de la mise en place du filtre dans l'injecteur.

En effet, la partie d'entrée, ayant une forme générale de segment tubulaire se rétrécissant, permet, lors de la mise en place du filtre dans le perçage, de susciter une déformation convexe à la base de la partie de montage, à laquelle la partie d'entréeest reliée. En particulier, la partie d'entrée prend la forme d’un segment tubulaire dont le profil longitudinal est de forme rayonnée convexe, au moins en partie.

Le filtre selon l'invention est donc conçu pour prendre en compte les contraintes liées à la manipulation du filtre lors de sa mise en place.

Dans ce contexte, pour éviter un emboîtement des filtres entre eux, la partie d'entrée définit préférablement un diamètre d'entrée du filtre qui est inférieur au diamètre extérieur de la partie filtrante.

Le filtre est avantageusement fabriqué en une seule pièce dans un matériau métallique, de préférence résistant à la corrosion, par exemple en acier inoxydable. Les techniques de déformation à froid sont appropriées, en particulier l’emboutissage. Ces techniques permettent de fabriquer un filtre ayant une épaisseur de paroi de l'ordre de 0,3 à 0,5 mm, suffisante pour tenir les hautes pressions de carburant en jeu (jusque 2000 bar) et autorisant un perçage laser des trous filtrants.

Selon les variantes, l’extrémité filtrante est perforée ou exempte de trous filtrants.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un injecteur de carburant comprenant le présent filtre à carburant haute pression monté dans un perçage d’entrée de carburant de l’injecteur.

Selon encore un autre aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication d'un filtre à carburant pour injecteur de carburant, dans lequel on déforme à froid une ébauche métallique de sorte à obtenir un filtre comprenant : une partie de montage destinée à coopérer avec la paroi interne d'un perçage d'entrée de carburant de l'injecteur pour la fixation du filtre par emmanchement en force, la partie de montage étant munie d’un passage traversant pour le carburant ; et une partie filtrante, solidaire de la partie de montage, ayant une forme de sac fermé dont l’ouverture communique avec le passage traversant de la partie de montage, et comprenant des trous filtrants au moins dans sa paroi périphérique; une partie d'entrée liée à la partie de montage du côté opposé à la partie filtrante, la partie d'entrée formant un bord rabattu s'écartant de la paroi interne de la section d'entrée et étant apte à recevoir la force axiale de mise en place du filtre.

Description détaillée à l’aide des figures D’autres particularités et caractéristiques de l’invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de réalisation avantageux présenté ci-dessous, à titre d’illustration, en se référant aux dessins annexés. Ceux-ci montrent :

Fig. 1 : une vue en coupe d’une première variante du présent filtre monté dans un perçage d'entrée d'un injecteur de carburant ;

Fig. 2 : un schéma montrant le principe de déformation du filtre lors de l'emmanchement à force dans le perçage d'entrée de carburant d'un injecteur.

Une variante d'exécution du présent filtre à carburant 10 pour injecteur de carburant est illustrée à la figure 1, le filtre étant en place dans l'injecteur.

Comme on le sait, un injecteur de carburant pour système d’injection à rampe commune (moteurs diesel) comprend généralement un corps d’injecteur accueillant, dans sa partie inférieure, une aiguille. Le corps a une extrémité d’injection avec un ou plusieurs orifices d’injection, et est monté de sorte que l’extrémité d’injection dépasse dans la chambre de combustion, permettant l’injection de carburant à haute pression sous la forme d’un spray atomisé. Dans l’injecteur, le carburant circule dans un canal haute-pression et s’accumule dans le corps d’injecteur, autour de l’aiguille.

Classiquement, le déplacement de l’aiguille est commandé par un actionneur électrique, par exemple à solénoïde ou du type piézoélectrique. L’actionneur permet de contrôler le déplacement de l’aiguille de manière directe, ou plus souvent de manière indirecte via une chambre et valve de contrôle, et ainsi commander l’ouverture et la fermeture du/des orifice(s) d’injection. La conception et le fonctionnement de ce type d’injecteurs sont bien connus et ne seront donc pas davantage explicités.

Typiquement, la forme extérieure de l’injecteur est globalement cylindrique. Il comprend un raccord d’alimentation pour la communication avec l’accumulateur haute pression (rampe commune du système d’injection diesel), ce raccord définissant la section d’entrée du canal interne haute pression de l’injecteur. Le raccord peut être d’une pièce avec l’injecteur ou fixé sur celui-ci de manière fixe ou amovible

Sur la figure 1, le filtre à carburant 10 est disposé dans un perçage 12 du raccord d’alimentation, formant donc un passage d’entrée de carburant (entrée du canal haute pression de l'injecteur-typiquement dans un raccord d’alimentation 13). Le passage d’entrée 12 comprend une section principale 14 (ou alésage principal) de diamètre Dp, en aval d'une section d’extrémité 16 s'ouvrant vers l'extérieur. La section principale 14 peut se continuer par une section dite de pré-alésage 18, au diamètre Df inférieur au diamètre de la section principale Dp.

Le filtre 10 quant-à-lui est constitué de plusieurs parties globalement tubulaires, qu'on peut également appeler tronçons, segments ou sections. Le filtre 10 comprend une partie de montage 20 destinée à coopérer avec la paroi interne du perçage d'entrée de carburant de l'injecteur, ici la section principale 14, pour la fixation du filtre 10 par emmanchement en force. Cette partie de montage 20 est préférablement un tronçon tubulaire ou manchon, qui comprend donc un passage traversant 22 pour le carburant.

Le signe de référence 24 désigne une partie filtrante du filtre 10, qui s'étend d'un côté de la partie de montage 20 (à gauche dans la figure 1), dans la continuité axiale et solidaire de la partie de montage 20. La partie filtrante 24 a une forme générale de sac fermé dont l’ouverture communique avec le passage traversant 22 de la partie de montage 20.

De préférence, la partie filtrante 24 comprend une section cylindrique dont la paroi 26, dite paroi latérale ou périphérique du filtre, comprend une multiplicité de trous filtrants 28.

La section cylindrique 26 est reliée d'un côté à la partie de montage 20, typiquement par une section de transition 30 allant vers le diamètre plus large de la partie de montage 20. La section cylindrique 26 est fermée à extrémité opposée à la partie de montage 20 par un fond 32, qui peut être de toute forme désirée : plat, arrondi (comme à la Fig. 1 ), conique, etc.

Du côté opposé à la partie filtrante 24, le filtre comprend une partie d'entrée 34 liée à la partie de montage 20 et formant un bord rabattu qui s'écarte de la paroi interne de la section principale 14 contre laquelle s’appuie la partie de montage 20. Cette partie d'entrée 34est constitué par un segment tubulaire se rétrécissant, et apte à recevoir la force axiale de mise en place du filtre.

Le segment tubulaire 34 présente à sa base, solidaire de la partie de montage 22, un diamètre correspondant à celui de la partie de montage. Le diamètre du segment tubulaire se rétrécit progressivement en s'éloignant du manchon 20 en direction axiale, pour définir le diamètre d'entrée du filtre, noté De.

En particulier, la partie d'entrée 34 a un profil partiellement arrondi, de sorte à faire varier le profil du bord selon un rayon de courbure donné, ou une combinaison de rayons courbure, ou une combinaison de rayon(s) et section(s) droite(s)/tronconique(s). La partie d'entrée a donc un profil selon l’axe A de forme générale rayonnée convexe, au moins en partie. Dans l’exemple de la figure 1, une première section 341 de la partie d'entrée 34 a un profil décrivant une courbure progressive et la deuxième section 342 est sensiblement tronconique. Alternativement, la partie d'entrée 34 pourrait avoir simplement un profil décrivant un grand rayon.

Par cette configuration, la section d'entrée 34 forme une sorte de bord d'appui, décollé du bord et donc plus facile à engager avec l'outil de mise en place du filtre (outil à tête plate 50 schématisé à la Fig.2). En outre, comme représenté à la figure 2, la configuration en profil partiellement courbe / convexe de la partie d'entrée 34 va, lors de l’application de la force axiale sur ce bord, susciter une légère déformation convexe de la partie de montage 22, ce qui permet de garantir que toute la périphérie extérieure de la partie de montage soit en contact avec la paroi interne du perçage, une fois le filtre installé.

Ceci est avantageux par rapport aux solutions existantes, car lorsque la partie de montage est un simple cylindre droit, non précédé d'une partie d'entrée en forme de bord rabattu, il existe un risque de déformation convexe ou concave de ce cylindre, sans connaissance a priori de cette déformation. Si la partie de montage vient à se déformer de manière concave et permanente, la surface de contact avec la paroi interne du perçage est inférieure à la surface nominale, réduisant les surfaces de contact et donc l’accrochage de la partie de montage.

Un certain nombre d’aspects concernant la réalisation du présent filtre sont décrits ci-dessous.

La partie filtrante comprend des trous de filtration 28 qui sont répartis au moins sur une partie de la paroi périphérique. Les trous filtrants sont de petits trous qui raccordent l’intérieur de la partie filtrante à l’extérieur, et peuvent être répartis axialement et circonférentiellement sur tout ou partie de la paroi cylindrique 26. Par ailleurs, l’extrémité fermée de la partie filtrante peut comprendre des trous filtrants, ou pas. Une extrémité fermée exempte de trous filtrants peut être avantageuse pour retenir certains débris tels que des débris en forme d’aiguilles minces.

Selon la technologie, les trous filtrants 28 peuvent avoir un profil cylindrique ou tronconique, ou encore étagé. Dans le cas des trous de forme tronconique (produits par exemple lors du perçage laser), on peut distinguer selon les cas des trous divergents ou convergents, selon que la section du trou croit ou décroit dans le sens d’écoulement du fluide.

De manière générale, le diamètre filtrant des trous filtrants 28 est choisi de sorte à être inférieur à la taille des débris que l’on souhaite retenir. Le terme « diamètre filtrant » est utilisé pour désigner la section de passage la plus réduite dans un trou filtrant, dont le profil peut varier selon la technologie de fabrication.

Le carburant qui arrive dans la section d’entrée 12 de l’injecteur pénètre donc dans l’intérieur de l’élément central (c’est-à-dire dans la partie filtrante à travers la partie d'entrée 34 et le passage 22), traverse la paroi périphérique filtrante 26 de la partie filtrante à travers les trous 28 et s’écoule dans le passage annulaire défini entre la partie filtrante 24 et l'alésage 14. Les débris sont retenus à l’intérieur de la partie filtrante.

Pour assurer une fixation par emmanchement en force (ajustement serré), la partie de montage 22 est dimensionnée de sorte que son diamètre extérieur soit légèrement supérieur à celui de la région correspondante de l'alésage du passage d'entrée 12 de l'injecteur.

Le filtre peut être réalisé dans tout matériau approprié, métallique ou synthétique. En particulier, le filtre 10 peut être fabriqué en acier inoxydable, notamment par une méthode de formage à froid, par exemple forgeage à froid ou emboutissage.

Dans le cadre du formage à froid, le filtre est donc réalisé en une seule pièce, avec la partie filtrante, la partie de montage et la partie d'entrée.

Dans l’exemple illustré à la Fig. 1, le filtre peut donc être formé par emboutissage à partir d’une ébauche en inox. Le filtre obtenu peut avoir une épaisseur entre 0,3 et 0,4 mm, voire jusqu'à 0,5 mm.

Claims (9)

1. Revendications

   1. Filtre à carburant pour un injecteur de carburant d'un moteur à combustion interne, comprenant : une partie de montage (20) destinée à coopérer avec la paroi interne d'un perçage d'entrée (12) de carburant de l'injecteur pour la fixation du filtre par emmanchement en force, la partie de montage (20) étant munie d’un passage traversant (22) pour le carburant ; et une partie filtrante (24), solidaire de la partie de montage (22), ayant une forme de sac fermé dont l’ouverture communique avec le passage traversant de la partie de montage, et comprenant des trous filtrants (28) au moins dans sa paroi périphérique; caractérisé par une partie d'entrée (34) liée à la partie de montage (20) du côté opposé à la partie filtrante (24), la partie d'entrée formant un bord rabattu de sorte à s'écarter de la paroi interne de la section d'entrée (12), et étant apte à recevoir la force axiale de mise en place du filtre.
2. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie d'entrée (34) est un segment tubulaire dont le profil longitudinal est de forme rayonnée convexe, au moins en partie.
3. 3. Filtre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie d'entrée (34) définit un diamètre d'entrée (De) du filtre qui est inférieur au diamètre extérieur (Df) de la partie filtrante (24).
4. 4. Filtre selon la revendication 1,2 ou 3, caractérisé en ce que le filtre (10) est fabriqué en une pièce dans un matériau métallique, de préférence résistant à la corrosion.
5. 5. Filtre selon la revendication 4, caractérisé en ce que le filtre est formé par déformation à froid, en particulier par emboutissage.
6. 6. Filtre selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le filtre a une épaisseur de paroi de l'ordre de 0,3 à 0,5 mm.
7. 7. Filtre selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité fermée (32) de la partie filtrante n'est pas perforée.
8. 8. Injecteur de carburant comprenant un filtre (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes monté dans un perçage d’entrée (12) de carburant.
9. 9. Procédé de fabrication d'un filtre à carburant pour injecteur de carburant, ledit injecteur à carburant, dans lequel on déforme à froid une ébauche métallique de sorte à obtenir un filtre comprenant : une partie de montage (20) destinée à coopérer avec la paroi interne d'un perçage d'entrée (12) de carburant de l'injecteur pour la fixation du filtre par emmanchement en force, la partie de montage (20) étant munie d’un passage traversant (22) pour le carburant ; et une partie filtrante (24), solidaire de la partie de montage (22), ayant une forme de sac fermé dont l’ouverture communique avec le passage traversant de la partie de montage, et comprenant des trous filtrants (28) au moins dans sa paroi périphérique; une partie d'entrée formant un bord rabattu lié à la partie de montage (20) du côté opposé à la partie filtrante (24), la partie d'entrée (34) s'écartant de la paroi interne de la section d'entrée (12) et étant apte à recevoir la force axiale de mise en place du filtre.