Brevet FR2499623A1 — publié le 19820813

1, La présente invention est relative à un dispositif de filtration d'huile lubrifiante pour lubrifier un moteur à combustion interne tel que ceux utilisés sur les automobi- les, bateaux, etc. Il est très classique de faire appel à des dispositifs de filtration dans lesquels des impuretés contenues dans du liquide à filtrer sont éliminées par adhérence aux fibres d'un papier filtre cependant que le liquide à filtrer tra- verse des passages de filtration qui sont constitués par des intervalles entre les couches de papier filtre. Lorsqu'un tel dispositif de filtration est inséré dans le circuit de filtration d'huile lubrifiante d'un moteur utilisé sur une automobile ou sur un bateau, l'élément fil- trant est soumis à une pression élevée, en particulier au moment du démarrage, lors d'une accélération rapide du mo- teur ou lorsqu'un circuit de dérivation est déréglé. De ce fait, l'élément filtrant est susceptible de s'écraser par- tiellement sous l'effet de la pression et de se plisser, d'o s'ensuit qu'il se forme un passage de fuite pour le liquide a filtrer sur une partie de l'élément filtrant. * Comparativement à celles des impuretés, un tel pas- sage de fluide est un passage de grandes dimensions, par lequel les impuretés peuvent passer librement, ce qui con- duit à une filtration très médiocre. D'autre part, dans le cas du circuit de filtration d'huile lubrifiante d'un moteur utilisé sur une automobile ou sur un bateau, de l'air pénètre dans le circuit lorsque le moteur s'arrête, et ceci donne lieu à un problème de réencrassement de l'huile lubrifiante du fait que l'air don- ne naissance à de la mousse lors de l'accroissement de la pression dans le circuit, et que 'La mousse se mêle à l'huile lubrifiante et traverse des interstices existant entre les couches de l'élément filtrant, en chassant et en libérant ainsi de la boue qui a été antérieurement séparée du liquide et qui adhère aux fibres de l'élément filtrant. L'un des buts de la présente invention est de proposer un dispositif de filtration qui évite à un élément filtrant de se plisser et de donner naissance à un passage de fuite 2. lorsque le liquide à filtrer se trouve soumis à une pres- sion anormalement élevée. Selon l'invention, il est proposé un dispositif de filtration d'huile lubrifiante pour moteurs à combustion interne qui comprend un élément filtrant formé de papier en couches et comportant un passage de sortie pas- sant par son centre, un bottier d'ensemble renfermant ledit élément filtrant, un tuyau d'admission pour le liquide à filtrer, un tuyau de sortie pour le liquide filtré, ledit tuyau d'admission et ledit tuyau de sortie étant reliés audit bottier d'ensemble, ledit tuyau de sortie étant en communication avec le passage de sortie dudit élément fil- trant, et une plaque de réception de pression disposée sur la face supérieure dudit élément filtrant de façon à rece- voir la pression du liquide à filtrer et à comprimer ledit élément filtrant. De préférence, le dispositif comporte un passage d'échappement d'air traversant la plaque de réception de pression et l'élément filtrant, ce passage étant en communi- cation avec le passage de sortie. La fonction de ce passage d'échappement est de dissiper ou d'encaisser l'élévation de pression du liquide à filtrer, de façon à empêcher que l'air qui entre lorsque le moteur associé est arrêté de se trans- former en mousse avec l'élévation de pression en raison de la restriction du débit de liquide par la compression exer- cée sur l'élément filtrant par la plaque de réception de pression, ce qui écarte le risque que la mousse se mélange avec l'huile lubrifiante et qu'elle libère ainsi de la boue adhérente. Comme la pression du liquide à filtrer est re- lâchée par le passage d'échappement d'air, on peut voir que s'ensuivent comme avantages qu'il est inutile de ménager dans le bottier un espace pour l'absorption de l'élévation de pression du liquide à filtrer, et qu'il est possible de miniaturiser l'ensemble du dispositif de filtration, bottier y compris. Avantageusement, la section de passage du trou d'échap- pement d'air est limitée à une valeur inférieure à une cer- taine longueur de sorte que la quantité de liquide à filtrer qui peut s'échapper par le trou sans être filtrée puisse 3. être pratiquement négligeable comparativement à la quantité totale de liquide qui traverse le circuit de filtration. Ainsi peut être obtenu un dispositif de filtration d'un maniement commode, réalisé sous la forme d'un bottier de cartouche remplaçable contenant un élément filtrant et une plaque de réception de pression. Il est également possible d'obtenir un dispositif de filtration qui évite à la quantité d'huile lubrifiante de diminuer et à sa qualité de se détériorer en cours d'usage par la mise en oeuvre d'un bottier de cartouche remplaçable contenant une recharge neuve d'huile lubrifiante et d'ad- ditif, ainsi qu'un élément filtrant et une plaque de récep- tion de pression. Les caractéristiques et avantages de l'invention res- sortiront plus amplement de la description détaillée qui est donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif en ré- férence aux dessins annexés, qui font partie de la descrip- tion, et sur lesquels: Figure 1 est une vue en perspective avec coupe verticale d'un dispositif de filtration agencé conformément à la pré- sente invention; Figure 2 est une vue en perspective d'une tige d'accou- plement du dispositif; Figure 3 est une vue en coupe verticale du dispositif; Figure 4 est une vue en perspective éclatée de l'élément filtrant, de la plaque de réception de pression, de la pla- que'de support et de la tige d'accouplement du dispositif; et Figures 5 à 8 sont des diagrammes représentant des dis- tributions de particules de boue contenues dans de l'huile lubrifiante pour un moteur utilisé sur un bateau. Sur les dessins, le repère numérique 1 désigne un bol- tier d'ensemble cylindrique présentant un sommet ouvert et réalisé sous forme de récipient étanche aux fuites. Ce bol- tier d'ensemble est inséré dans un circuit de filtration d'huile lubrifiante de moteur d'automobile, lequel est re- lié à un tuyau d'admission 2 de liquide à filtrer ménagé dans une paroi latérale du bottier et à un tuyau de sortie 3 4. de liquide filtré ménagé au centre du fond du bottier. A son sommet, le bottier d'ensemble 1 est coiffé par un cou- vercle 4 afin de maintenir la densité de liquide. Le repère numérique 5 désigne un élément filtrant com- prenant un empilement de couches de papier filtre. L'élé- ment filtrant 5 est reçu à l'intérieur d'un bottier de cartouche 6 qui est séparable du bottier d'ensemble 1. L'é- lément filtrant 5 est pourvu d'un passage de sortie 7 qui s'étend verticalement en passant par son centre. L'élément filtrant 5 est reçu à l'intérieur du bottier de cartouche 6, qui l'immobilise sans le déformer. Pour réaliser le boî- tier de cartouche 6, on peut faire appel à une botte en aluminium, et le bottier n'a pas besoin d'être à l'épreuve de la pression ou des fuites. Le bottier de cartouche 6, avant usage, présente la forme d'une botte obturée à ses extrémités supérieure et inférieure. A sa face supérieure est prévue une ouverture 9 pourvue d'un moyen de protection (non représenté) qui s'ouvre en se déchirant pour exposer l'ouverture 9,- et la face inférieure de la boite est pour- vue d'une ouverture inférieure 10 qui s'ouvre par intro- duction d'une aiguille qui est pré-fixée à l'intérieur du bottier d'ensemble 1 et est en communication avec le tuyau de sortie 3 du liquide filtré. Le repère numérique 11 désigne une plaque de réception de pression placée par-dessus l'élément filtrant 5 et com- portant un trou d'échappement d'air 12 qui est percé en son centre et communique avec le passage de sortie 7 traversant le centre de l'élément filtrant. En outre, une plaque de support rigide 13 est disposée au-dessous de l'élément fil- trant. En son centre, la plaque de support 13 présente un trou central 14 qui communique avec l'extrémité inférieure du passage de sortie 7 et avec l'ouverture inférieure 10 du bottier de cartouche 6. Le repère numérique 15 désigne une tige d'accouplement qui s'étend verticalement en passant par le passage de sortie 7. L'extrémité inférieure de la tige d'accouplement 15 est assujettie au centre de la face supérieure de la plaque de support 13 par des bras appro- priés 16 de façon à ne pas obturer le trou central 14, 5. tandis que la partie supérieure de cette tige traverse le trou d'échappement d'air 12 de la plaque de réception de pression 11 en se prolongeant au-dessus de cette dernière et que l'extrémité supérieure de la tige est pourvue d'un pointeau d'arrêt 17 qui l'empêche de se dégager de la pla- que de réception de pression 11. L'élément f'iltrant 5 est maintenu entre la plaque de support 13 et la plaque de ré- ception de pression 11, et la tige d'accouplement 15 le traverse de part en part. Grâce au fait que l'on a ménagé un trou d'échappement d'air 12 dans la plaque de réception de pression 11, l'air qui pénètre dans le boltier d'ensemble 1 lorsque le moteur associé est à l'arrêt passe par le trou d'échappement d'air 12 pour pénétrer dans le passage de sortie 7, puis gagner le tube de sortie 3 sans donner lieu à une formation de mousse lorsque le moteur redémarre, ce qui garantit que la boue qui adhère à l'élément filtrant ne se remélange pas avec l'huile du fait de la formation de mousse. En outre, l'huile à haute pression qui se trouve appliquée au moment du démarrage ou d'une accélération rapide d'un moteur, ou lorsque le circuit de dérivation est déréglé, comprime l'élément filtrant 5 par l'intermédiaire de la plaque de réception de pression 11, et elle peut en même temps fran- chir le trou d'échappement d'air 12. De ceci s'ensuit qu'il est superflu de ménager dans le boîtier d'ensemble 1 un espace d'absorption des surpressions, et que la miniaturi- sation du dispositif de filtration, boltier d'ensemble com- pris, se trouve facilitée. De plus, la tige d'accouplement traversant l'élément filtrant 5 est retenue par la pla- que de réception de pression 11 et par la plaque de support 13, ce qui épargne à l'élément filtrant 5 d'être déforme ou rendu inopérant, et rend donc son maniement très facile. Le repère numérique 18 désigne du papier filtre fixé au fond du boltier de cartouche 6. Lorsque le bottier de cartouche 6 est reçu à l'intérieur du bottier d'ensemble 1, ce papier filtre se trouve entre la surface inférieure du fond du bottier d'ensemble 1 et le fond du bottier de car- touche 6, et il agit comme une garniture d'étanchéité. Ce 6. papier filtre pourrait être remplacé par une garniture en caoutchouc, mais ce dernier matériau donne lieu à une adhé- rence de boue à sa surface périphérique extérieure et, lorsqu'on sort le bottier de cartouche 6 du bottier d'en- semble 1, le matériau de garniture demeure à l'intérieur du bottier d'ensemble 1, ce qui a pour inconvénient que l'opé- rateur se salit les mains en extrayant ce matériau de gar- niture. Par contre, si le papier filtre 18 est fixé au fond du bottier de cartouche 6, il procure très avantageu- sement un effet de filtration au début de son utilisation, et il se comporte ensuite comme une garniture d'étanchéité lorsqu'il se trouve colmaté. De plus, le papier filtre fixé au fond du bottier de cartouche 6 ne nécessite pas de net- toyage spécial à l'intérieur du bottier d'ensemble 1. Du papier filtre 19 similaire est disposé entre la plaque de support 13 et la face intérieure du fond du bottier de car- touche 6. Le repère numérique 20 désigne un ressort de fixation agissant entre la face supérieure du bottier de cartouche 6 et le couvercle 4 de façon à empêcher le bottier de cartou- che 6 de bouger lorsqu'il est reçu à l'intérieur du bottier d'ensemble 1. Le ressort 20 applique une pression destinée à immobiliser le bottier de cartouche 6 contre le fond du bottier d'ensemble 1. Il est suffisant que le diamètre du trou d'échappement d'air 12 percé dans la plaque de réception de pression Il soit inférieur à celui d'un passage d'admission 2a du tuyau d'admission 2 pour le liquide à filtrer. A l'effet de con- férer au trou 12 une section de passage ayant la dimension voulue, cette section peut être sensiblement restreinte par un choix approprié du diamètre de la tige d'accouplement 15 traversant le trou d'échappement d'air 12. Une telle res- triction du trou d'échappement d'air 12 au moyen de la tige d'accouplement 15 rend possible de donner au trou d'échap- pement d'air 12 une dimension plus grande facilitant la fa- brication. Toutefois, il est à noter que la tige d'accouplement n'a évidemment pas toujours besoin de restreindre la di- 7. mension du trou précité. A la place de la tige d'accouple- ment 15, il peut être fait appel à un organe rectiligne ou cordiforme sans utiliser du tout de tige d'accouplement. Dans le cas d'un dispositif dans lequel les diamètres respectifs du trou d'admission 2a et du trou d'échappement d'air 12 sont de 2 mm et de 1 mm et qui attaque un circuit de filtration pour huile lubrifiante de moteur d'automobile, le moteur se trouvant au ralenti avec une pression de fonc- tionnement de 0,6 bar (à environ 1000 tr/mn), il a fallu 60 secondes à 1 litre de liquide à filtrer pour passer dans le dispositif de filtration dépourvu de trou d'échappement d'air 12, alors qu'il a fallu 53 secondes au même liquide pour passer dans le dispositif de filtration comportant le trou d'échappement d'air de 1 mm de diamètre. En outre, à la vitesse de 2000 tr/mn, o la pression de fonctionnement est de 1 bar, le temps de passage était de 39 secondes par litre dans le cas de l'absence de trou et de 33 secondes par litre dans le cas de la présence du trou de 1 mm de diamètre, et il est à noter que le débit de liquide à fil- trer admis est de 10 à 15 % plus grand lorsqu'il est prévu un trou d'échappement d'air 12 que pour un agencement dé- pourvu de trou. Il apparaît que cet accroissement représen- te la quantité de liquide à filtrer qui traverse directement le dispositif en passant par le trou d'échappement d'air 12 sans être filtré. Il a été confirmé que la quantité d'huile lubrifiante filtrée par traversée d'un dispositif de filtra- tion est d'environ 3 % de la quantité d'huile lubrifiante délivrée par une pompe de moteur. Même si, comme on vient de le voir, 10 à 15 % de l'huile lubrifiante traversent le dis- positif de filtration sans être filtrés, cette fraction ne représente qu'environ 0,3 à 0,45 % de la quantité totale d'huile lubrifiante délivrée par la pompe, et elle peut donc être considérée comme insignifiante. Les impuretés telles que produits de combustion, suie, humidité, poussières, poudre d'abrasion, etc., qui sont entraînées à tout moment dans l'huile lubrifiante au cours du fonctionnement d'un moteur d'automobile sont filtrées par l'élément filtrant 5. Une fois que le boîtier de car- 8. touche 6 se trouve rempli par ces impuretés, on ouvre le couvercle 4, et on extrait ce boîtier de cartouche 6 pour le remplacer par un boîtier de cartouche 6 neuf. Celui-ci contient initialement de l'huile lubrifiante et des addi- tifs neufs de remplacement de l'huile et des additifs con- sommés, ainsi qu'un élément filtrant neuf. On peut détruire le bottier de cartouche usagé en le brûlant. Dans le cas d'un moteur à essence, l'huile à fournir est à viscosité et à indice d'alcalinité rehaussés afin de tenir compte de la réduction de viscosité et d'alcalinité ayant lieu en service. Par contre, dans le cas d'un moteur Diesel, l'huile à délivrer est à viscosité plus basse, car l'huile lubrifiante de ce type de moteurs subit en service une élévation de viscosité. Après application du circuit de filtration comportant le dispositif de filtration ci-dessus décrit à un moteur d'automobile contenant quatre litres d'huile lubrifiante, on a obtenu les résultats suivants. Tableau 1 Véhi- Distance Indice istance Indice Quantité Nombre de cule parcourue d'acide arcourue d'acide d'huile remplace- d'es- avant dé- de endant en fin fournie ments du sai but de l'huile 'essai d'essai pendant bottier l'essai au débu (km) l'essai de car- (km) de l'es- (litres) touche sai no 1 62 101 0,46 83 029 0,46 15,5 8 no 2 122 013 0,46 99 940 0,46 10,0 8 no 3 63 574 0,47 109 423 1,08 11,0 9 no 4 40 0,47 86 968 0,99 8,0 7 Dans le tableau ci-dessus, les véhicules no 1 et no 2 sont pourvus d'un moteur de 1800 cm de cylindrée, tandis que les moteurs n0 3 et n0 4 sont pourvus d'un moteur de-2000 cm3 de cylindrée, et les boîtiers de cartouche sont rempla- cés à peu près tous les 10 000 km de distance parcourue. Les résultats d'analyse de l'huile lubrifiante du véhicule 9. no 3, qui a parcouru plus de 100 000 km, figurent dans le Tableau 3 ci-après. On y constate que la qualité de l'huile lubrifiante a peu changé. Il s'ensuit que l'huile lubrifian- te est à même d'être utilisée en service continu. Il en va de même pour les autres véhicules (n 1, n 2 et n 4). Tableau 2 Après application d'un circuit de filtration compor- tant le dispositif de filtration ci-dessus décrit à la filtration de l'huile lubrifiante d'un moteur de groupe électrogène utilisé sur un navire pétrolier ayant pour nom "Dai Ni Asia Maru" et appartenant à la firme Mitsui Kisen Kabushiki Kaisha, on a obtenu les résultats figurant dans le Tableau 3 ci-après. L'huile utilisée est de l'huile lourde C. Véhicule d'essai Huile 26 000 51 900 82 976 109 423 n 3 neuve km km km km 0 km Masse volumique 0,8994 0,8996 0,9002 0,9014 0,9024 Indice d'acide total 0,47 0,78 0,72 1,02 1,08 Viscosité sec 0 C 94,3 94,6 96,4 97,6 98,9 Point d'éclair 254 C 232 C 234 C 218 C 232 C Humidité 0 traces traces traces traces Réaction neutre neutre neutre neutre neutre 10. Tableau 3 Echantillon d'huile de pétrolier N I N 2 N 3 N 4 N 5 Point de prélèvement DeuxièmeDeuxièmeDeuxièmeSorti de l'échantillon Cuve épuraépura- épura- du teur teur teur filtre Période de lubrifica- tion (heures) 0 3 165 794-40 800 Masse volumique de l'échantillon à 15 C comparée à celle de l'eau à 4 C 0,9060 0,9063 0,9069 0,9099 0,9096 Point d'éclair (PM) C 234 224 228 236 244 Viscosité dynamique (eSt) à 40 C 108, 4 107,0 107,8 111,3 110,4 Indice d'acide total (JISK 2501) Méthode de la différence de po- tentiel mg KOH/g 1,59 2,12 2,69 2,90 2,83 Méthode à Indice l'acide chlo de rhydrique base mg KOH/g 30,16 30,96 28,58 19,19 21,37 -total JISK2501) Méthode à l'acide per- chlorique mg KOH/g 32,25 31,24 30,30 28,68 29,00 Carbone résiduel (% en poids) 3,62 3,51 3,46 3,78 3,51 Cendres d'acide sulfu- rique (% en poids) 4,86 4,14 4,13 3,96 3,93 Humidité Traces Traces Traces Traces Traces n-pentane Insoluble (Z en poids) 0,00 0,20 0,17 0,13.0,06 (Méthode Toluene A) (% en poids) - 0,11 0,14 0,08 0,05 n-pentane Insoluble (Z en poids) 0,00 0,22 0,22 0,42 0,88 (Méthode Toluène B) (% en poids) 0,18 0,17 0,36 0,27 11. Le Tableau 3 ci-dessus montre qu'il n'y a pas de grand changement excepté pour les insolubles figurant dans les données du no 2 et du n0 3, qui accusaient un accroissement brusque comparativement à ceux figurant dans les données du no 1. On pense que cet accroissement était dé à la boue qui était séparée des refroidisseurs d'huile ou des tuyaux auxquels elle adhérait auparavant, et non pas à la boue ou au carbone qui se mélangeaient après changement de l'huile. Ceci ressort des diagrammes des figures 5 et 6. Plus précisément, en considération de la distribution de particules des insolubles (méthode du filtre IMillipore"), les particules de plus de 8 y repré- sentent plus de 30 %, et les autres particules représen- tent 10 à 20 % en moyenne. Les figures 5 et 6 sont des diagrammes montrant les distributions de particules res- pectives correspondant aux données du n0 2 et du n0 3. Les figures 7 et 8, qui seront décrites plus loin, sont des diagrammes représentant les distributions de particules correspondant respectivement aux données du n0 4 et du n0 5. La valeur analysée des données relevées après fonc- tionnement pendant 794 heures et 40 minutes à un régime identique sont représentées par la valeur analysée des don- nées du n 4 du tableau ci-dessus et par le diagramme de la figure 7. En comparant ces données du n0 4 avec les données du n0 3, qui représentent la valeur analysée après fonctionnement pendant 165 heures, on a constaté que les particules de plus de 8 >i accusaient une forte réduction jusqu'à 7 % tandis que les particules de 0,45 jp à 0,65 >a représentaient 61 % du total des particules. Ceci donne à comprendre que le but d'éliminer les boues de plus de 1 i se trouve atteint. Les données du n0 5 du tableau ci-dessus et la figure 8 montrent la valeur analysée et la distribution de parti- cules de l'huile lubrifiante prélevée aux débouchés du passage de sortie 7 du dispositif de filtration après fonc- tionnement pendant 800 heures. On a surtout étudié les effets d'addition d'alcalins. L'indice d'alcalinité était de 19,9 pour les données 12. du no 4, alors qu'il était ramené à 21,37 pour les données du no 5. En outre, on peut voir qu'il y a élimination quasi complète des insolubles, tel par exemple le n-pentane de la méthode A, comme le montrent les valeurs de 0,13 à 0, 06, et il est manifeste que le degré de propreté de l'huile se trouve augmenté dans l'ensemble, y compris pour les parti- cules de 8 jô, lorsqu'on compare la figure 7 avec la figure 8. 4A99623 13. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de filtration d'huile lubrifiante pour moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il com- prend un élément filtrant (5) formé de couches de papier et pourvu d'un passage de sortie (7) traversant le centre de celui-ci, un bottier d'ensemble (1) à l'intérieur duquel est disposé ledit élément filtrant, un tuyau d'admission (2) pour le liquide à filtrer, un tuyau de sortie (3) pour le liquide filtré, ledit tuyau d'admission et ledit tuyau de sortie étant reliés audit bottier d'ensemble, ledit tu- yau de sortie communiquant avec le passage de sortie dudit élément filtrant, et une plaque de réception de pression (11) disposée sur la face supérieure dudit élément filtrant de façon à recevoir la pression du liquide à filtrer et à comprimer ledit élément filtrant. 2. Dispositif de filtration selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un trou d'échappement d'air (12) ménagé dans ladite plaque de réception de pres- sion (11), ledit trou d'échappement d'air étant en communi- cation avec ledit passage de sortie (7). 3. Dispositif de filtration selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit trou d'échappement d'air (12) présente une section plus petite qu'un trou d'admission (2a) dudit tuyau d'admission (2) pour le liquide à filtrer. 4. Dispositif de filtration selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élé- ment filtrant (5) et ladite plaque de réception de pression (11) sont reçus à l'intérieur d'un bottier de cartouche remplaçable (6) sur les faces supérieure et inférieure du- quel sont respectivement prévues une ouverture d'entrée découvrable (9) pour le liquide à filtrer et une ouverture (10) communiquant avec ledit passage de sortie (7) de l'é- lément filtrant (5). 5. Dispositif de filtration selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit bottier de cartouche (6) con- tient initialement une charge d'huile lubrifiante et d'ad- ditif.