Brevet FR2690206A1 — publié le 19931022

TUYAU D'INJECTION DE COMBUSTIBLE SOUS HAUTE PRESSION La présente invention se rapporte à un tuyau de combustible sous haute pression comportant un diamètre relativement petit, par exemple égal ou inférieur à 15 mm, qui doit être raccordé à des porte-injecteurs individuels d'une 5 tête de cylindre et à une pompe à combustible d'un circuit de combustible. Pour la réalisation d'un tuyau d'injection de combustible sous haute pression de ce type, il est connu d'utiliser une structure à double paroi obtenue par la fixation d'un tube10 interne en acier inoxydable sur la paroi interne d'un tube en acier épais, sur toute sa longueur, en vue d'éviter l'érosion par cavitation ou la corrosion (que l'on désignera par la suite par "érosion") qui attaque surtout la paroi interne du fait que la pression d'injection du combustible devient de15 plus en plus élevée ces dernières années La structure de tuyau ainsi préparée comporte à sa partie terminale une tête de raccordement définissant une face de contact destinée à coopérer avec un siège d'un élément associé, réalisant ainsi la canalisation d'injection Dans l'art antérieur rappelé ci-20 dessus, l'érosion sur la paroi intérieure peut être évitée par la structure du tube interne en acier inoxydable fixé sur la paroi interne du tube d'acier épais. Cependant, la face de contact constituée sur la tête de raccordement n'est pas suffisamment à l'abri de l'érosion En particulier, dans le cas, ces dernières années, o on utilise comme combustible du méthanol, la face de contact est corrodée chimiquement D'un autre côté, la paroi extérieure est revêtue de zinc pour empêcher la rouille En particulier, le moteur à combustion interne utilisant du méthanol doit être conçu pour 2 permettre des montages et démontages fréquents pour son entretien Par suite, il y a un risque que le film métallique plaqué se péle ou que la face de contact soit endommagée ou déformée du fait d'un montage plus ou moins à force. 5 La présente invention vise à éliminer les problèmes rencontrés dans l'art antérieur et a pour objet un tuyau d'injection de combustible sous pression permettant d'éviter de manière efficace toute érosion, non seulement sur la paroi interne, mais également sur la face de contact, d'éviter à10 cette dernière d'être endommagée ou déformée par un montage en force, d'éliminer tout traitement de revêtement de la paroi externe du tuyau d'injection pour éviter la rouille, et d'éviter à la face de contact toute corrosion chimique, même dans le cas d'utilisation du méthanol comme combustible, en15 fixant un tube interne en un métal à haute résistance mécanique ainsi qu'à la corrosion, sur la paroi intérieure d'un tube métallique externe épais et en réalisant le tube externe en un métal ayant une haute résistance à la corrosion, mécanique et à la fatigue, tel qu'un acier inoxydable ou du20 titane. A cette fin, la présente invention a pour objet un tuyau d'injection de combustible sous haute pression du type à double paroi, comprenant un tube externe épais et un tube interne métallique fixé dans le tube externe pour constituer25 un tuyau à double paroi comportant à sa partie terminale une tête de raccordement présentant une face susceptible d'être accouplée à un siège d'un élément associé, caractérisé en ce que ledit tube externe est constitué d'acier inoxydable ou de titane, en ce que ledit tube interne est constitué d'un métal30 mince ayant une haute résistance à la corrosion ainsi que mécanique et recouvre la paroi interne dudit tube externe sur toute sa longueur. Le tube métallique interne est constitué d'acier inoxydable, d'un alliage à base de nickel, de titane ou d'un alliage à base de titane. Selon la présente invention, le tube externe épais en acier inoxydable ou en titane et le tube métallique interne à haute résistance à la corrosion et mécanique sont étirés ensemble par un processus de réduction intégrale, le tube40 interne étant disposé de manière libre sur la paroi intérieure 3 du tube externe, en sorte que les tubes sont réduits en diamètre sur la totalité de leur longueur et sont assemblés de manière fixe Ensuite, ce double tuyau est muni à sa partie terminale d'une tête de raccordement Pour ces traitements, le 5 tube externe est constitué d'un métal ayant une haute résistance à la corrosion, mécanique et à la fatigue, tel que l'acier inoxydable ou le titane et le tube interne est formé d'un matériau ayant une haute résistance à la corrosion ainsi que mécanique, par exemple: acier inoxydable; alliage à base10 de nickel tel que "Inconel", "Incoloy" ou "Hastelloy"; titane; ou alliage de titane. Par suite, l'érosion peut être évitée non seulement sur la paroi interne mais également sur la face de contact de la tête de raccordement de la partie terminale, même si on utilise15 comme combustible injecté sous haute pression un combustible à base d'alcool à bas point d'ébullition et susceptible de provoquer une érosion. De plus, on peut ainsi éviter à la face de contact d'être endommagée ou déformée même si le tuyau d'injection est monté plus ou moins à force Dans le même temps, la surface externe du tuyau d'injection n'a pas besoin d'être résistante à la corrosion, ni revêtue ou plaquée Par ailleurs, on évite non seulement à la paroi interne mais également à la face de contact toute corrosion chimique, même si le combustible25 utilisé est du méthanol Ainsi, l'ensemble peut être stabilisé et garanti pour une longue durée et on améliore de manière très substantielle la résistance aux vibrations, ce qui permet d'obtenir un tuyau d'injection ayant une longue durée de vie. Lorsque le tube externe est en titane, le tuyau d'injection peut être utilisé de manière appropriée dans un moteur diesel marin qui doit être résistant à la corrosion vis à vis de l'eau de mer et dont la fréquence normale (ou point de résonance) est plus élevée pour avoir une plage plus large de vitesses de rotation et de fluctuation de charge.35 La figure 1 (a) est une vue en coupe montrant un mode de réalisation d'un tuyau d'injection de combustible sous haute pression selon l'invention; La figure 1 (b) est une vue en coupe partielle en élévation latérale illustrant un autre mode de réalisation, et La figure 2 est une vue longitudinale en coupe partielle montrant une étape d'étirage simultané d'un procédé pour fabriquer un tuyau d'injection selon la présente invention. On va maintenant décrire la présente invention en se reportant aux modes de réalisation représentés sur les figures 1 (a), 1 (b) et 2. La référence numérique 1 désigne un tube externe qui est épais et présentant un diamètre relativement faible, de l'ordre de 15 mm ou moins, constitué d'acier inoxydable ou de titane Dans ce tube externe 1, est fixé un tube interne en métal 3 qui s'étend sur toute la longueur de la paroi interne du tube externe 1, ce tube ayant un diamètre d'environ 4 mm ou moins, en sorte de former un tuyau à paroi double Ce tube interne 3 est formé d'un métal présentant une haute résistance15 à la corrosion ainsi que mécanique, par exemple: de l'acier inoxydable d'une épaisseur d'environ 0,3 mm à 1,2 mm; un alliage à base de nickel tel que "Inconel", "Incoloy" et "Hastelloy"; du titane; ou bien un alliage de titane tel que 6 A 14 V, 6 Al 6 V 2 Sn; 6 Al 2 Sn 4 Zr 2 Mo ou 8 All Mol V La structure de tuyau présente une partie d'extrémité matricée, à la manière habituelle, pour former une tête de raccordement 2 en vue de la réalisation d'un tuyau d'injection de combustible sous haute pression Cette tête de raccordement 2 présente une forme tronconique (comme représenté sur la figure 1 (a)), une25 forme incurvée ou une forme de losange (comme représenté sur la figure 1 (b)). La référence numérique 4 désigne un manchon-rondelle qui est fixé, si nécessaire, sur le cou de la tête de raccordement 2 à la partie terminale En même temps, est disposé à l'arrière du manchon-rondelle 4 un écrou de blocage 5 pour fixer la tête de raccordement 2 en butée contre le siège d'un porte-injecteur associé ou analogue (non représenté). Exemple 1 Par pré-traitement et découpe à une longueur de 3 200 mm, on a préparé un tube externe de "SU 5304 " (présentant un diamètre externe de 15,0 mm, un diamètre interne de 10, 2 mm et une épaisseur de paroi de 2,4 mm) Par pré-traitement et découpe à une longueur de 3 200 mm, on a également préparé un tube interne métallique de "SU 5304 " (présentant un diamètre40 externe de 9, 0 mm, un diamètre interne de 7,8 mm et une épaisseur de paroi de 0,6 mm) Le tube interne ainsi préparé a été introduit et fixé dans le tube externe Puis, comme illustré par la figure 2, une matrice fixe 6 a été utilisée pour réaliser un étirage simultané à deux reprises par 5 réduction intégrale dans un sens, comme indiqué par la flèche, afin de réduire le diamètre de la totalité de l'ensemble sur toute sa longueur Ensuite, on a effectué une correction pour réaliser une structure de tuyau d'injection présentant un diamètre externe de 8,0 imm, un diamètre interne de 2,8 mm, une10 épaisseur de paroi de 2,6 mm et une dureté d'environ 350 Hv sur sa partie interne Par la suite, la structure de tuyau d'injection a été coupée a une longueur de 750 mm Ce tuyau d'injection a été matricé à sa partie terminale pour former une tête de raccordement tronconique (présentant un diamètre15 externe de 11,5 mm, une hauteur de 7,0 mm et un angle au sommet du cône de 58 degrés) Ensuite, le produit comportant cette face de contact a été cintré avec le tube externe pour réaliser le tuyau d'injection de combustible. Exemple 2 Un tube externe de "SU 5304 "(présentant un diamètre externe de 12,0 mm, un diamètre interne de 7,0 mm et une épaisseur de paroi de 2,5 mm) et un tube interne d"'Inconel 601 " (présentant un diamètre externe de 6,8 mm, un diamètre interne de 5,8 mm et une épaisseur de paroi de 0,5 mm) ont été également préparés suivant un pré-traitement selon l'exemple 1 et coupés à même longueur Ces tubes externe et interne ont été préparés suivant un traitement semblable à celui de l'exemple 1 pour réaliser une structure de tuyau d'injection présentant un diamètre externe de 7,0 mm, un diamètre interne30 de 2,2 mm, une épaisseur de paroi de 2,4 mm et une dureté d'environ 380 Hv sur la partie interne. Ensuite, on a formé une tête de raccordement comme dans l'exemple 1 et le produit intermédiaire a été cintré pour réaliser un tuyau d'injection de combustible.35 Exemple 3 Un tube externe de titane pur (présentant un diamètre externe de 9,3 mm, un diamètre interne de 5,3 mm et une épaisseur de paroi de 2,0 mm) a été préparé par pré-traitement et découpe à une longueur de 2 000 mm Un tube interne métallique d'alliage de titane 6 A 14 V (présentant un diamètre 6 externe de 4,5 mm, un diamètre interne de 3,5 mm et une épaisseur de paroi de 0,5 mm) a également été préparé par prétraitement et découpe à une longueur de 2 500 mm Le tube interne ainsi préparé a été introduit et fixé dans le tube 5 externe Puis, comme illustré par la figure 2, la matrice fixe 6 a été utilisée pour réaliser un étirage simultané à deux reprises par réduction intégrale dans un sens, comme indiqué par la flèche, pour réduire le diamètre de la totalité de l'ensemble sur toute sa longueur Puis, une correction a été10 effectuée pour réaliser une structure de tuyau d'injection présentant un diamètre externe de 6,4 mm, un diamètre interne de 2,0 mm, une épaisseur de paroi de 2,2 mm et une dureté d'environ 340 Hv sur la partie interne. Après cela, la structure de tuyau d'injection a été coupée à une longueur de 830 mm Ce tuyau d'injection a été matricé à sa partie terminale pour former une tête de raccordement en forme de losange (présentant un diamètre externe de 8,7 mm, une hauteur de 4,8 mm et un angle au sommet du cône de 58 degrés) Ensuite, le produit muni de sa face de contact a été20 cintré avec le tube externe métallique pour obtenir le tuyau d'injection de combustible. Exemple 4 Un tube externe de titane pur et un tube interne de titane pur, ayant tous les deux de même dimension et découpés à la même longueur que dans l'exemple 3, ont été soumis au pré- traitement de l'exemple 3, puis à un traitement similaire à celui de l'exemple 3 pour obtenir une structure de tuyau d'injection présentant un diamètre externe de 6,4 mm, un diamètre interne de 2,0 mm, une épaisseur de paroi de 2,2 mm30 et une dureté d'environ 280 Hv dans sa partie interne. Ensuite, une tête de raccordement a été formée comme dans l'exemple 3 et le produit intermédiaire a été cintré pour obtenir un tuyau d'injection de combustible. Exemple 5 Un tube externe de "SU 5316 " (présentant un diamètre externe de 10,0 mm, un diamètre interne de 5,5 mm et une épaisseur de paroi de 2,25 mm) a été préparé par pré- traitement et découpe à une longueur de 2 300 mm Un tube interne métallique de "Hastelloy C-276 " (présentant un40 diamètre externe de 4,8 mm, un diamètre interne de 3,8 mm et 7 une épaisseur de paroi de 0,5 mm) a également été préparé par pré-traitement et découpe à une longueur de 3 000 mm Le tube interne ainsi préparé a été introduit et fixé dans le tube externe Puis, comme montré sur la figure 2, une matrice fixe 5 6 a été utilisée pour effectuer un étirage simultané à deux reprises par une réduction intégrale dans une direction comme indiqué par la flèche, pour réduire le diamètre de la totalité de l'ensemble sur toute sa longueur. Ensuite, une correction a été effectuée pour réaliser une structure de tuyau d'injection présentant un diamètre externe de 7,0 mm, un diamètre interne de 2,2 mm, une épaisseur de paroi de 2,4 mm et une dureté d'environ 390 Hv sur sa partie interne Après cela, la structure de tuyau d'injection a été découpée à une longueur de 1080 mm Ce tuyau d'injection a été15 matricé à sa partie terminale pour former une tête de raccordement tronconique (présentant un diamètre externe de 9,5 mm, une hauteur de 4,0 mm et un angle au sommet du cône de 58 degrés) Ensuite, le produit muni de sa face de contact a été cintré avec le tube extérieur métallique pour obtenir le tuyau d'injection de combustible. Exemple 6 Un tube externe de "SU 5316 " et un tube interne de titane pur ont été soumis au pré-traitement de l'exemple 5 et découpés à même dimension et à la même longueur que dans25 l'exemple 5 Ces tubes externe et interne ont été soumis à un traitement similaire à celui de l'exemple 5 pour obtenir une structure de tuyau d'injection présentant un diamètre externe de 7,0 mm, un diamètre interne de 2,2 mm, une épaisseur de paroi de 2,4 mm et une dureté d'environ 270 Hv sur sa partie30 interne. Après cela, une tête de raccordement a été formée selon l'exemple 5 et le produit intermédiaire a été cintré pour obtenir le tuyau d'injection de conbustible. Les six échantillons ainsi obtenus selon la description ci-dessus des six exemples et un tube d'injection de l'art antérieur comportant un tube interne d'acier inoxydable fixé dans un tube d'acier épais, ont été préparés et soumis à essais suivant un mode spécial avec 100 % de méthanol On a observé ensuite les états de ces tuyaux après un fontionnement40 pendant 1 200 heures. Il en résulte que, dans le tuyau de l'art antérieur, un défaut d'échanchéité dû à l'érosion et de la rouille ont été observés sur la face de contact Au contraire, dans aucun des exemples selon la présente invention, n'a été observé un 5 défaut dû à l'érosion ou de la rouille. Même dans le cas o un tuyau d'injection de combustible sous haute pression selon la présente invention est utilisé pour injecter un combustible, par exemple un combustible à base d'alcool, sous haute pression, présentant un point10 d'ébullition bas et susceptible de provoquer une érosion, cette érosion peut être évitée non seulement sur la partie interne du tuyau d'injection mais également sur une face 2 ' destinée à venir en contact avec un siège associé De plus, on évite à cette face de contact d'être endommagée ou déformée même en cas de montage en force En même temps, le tuyau d'injection ne nécessite pas d'avoir sa partie externe soumise à un traitement anti-rouille ou de revêtement ou placage Même si on utilise comme combustible du méthanol, la face de contact 2 ' n'est plus l'objet d'une quelconque corrosion20 chimique et l'assemblage est stable et durable et résiste aux vibrations et à la fatigue Ainsi, le tuyau d'injection de combustible selon la présente invention peut être utilisé sur une longue durée. R E V E N D I C A T I O N S 1 Tuyau d'injection de combustible sous haute pression du type à double paroi, comprenant un tube externe épais ( 1) et un tube interne métallique ( 3) fixé dans le tube externe pour constituer un tuyau à double paroi comportant à sa partie 5 terminale une tête de raccordement ( 2) présentant une face ( 2 ') destinée à venir en contact avec un siège d'un élément associé, caractérisé en ce que ledit tube externe ( 1) est constitué d'acier inoxydable ou de titane et en ce que ledit tube interne ( 3) est constitué d'un métal mince ayant une10 haute résistance à la corrosion ainsi que mécanique et recouvre la paroi interne dudit tube externe ( 1) sur toute sa longueur. 2 Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube interne métallique ( 3) est constitué d'un matériau métallique choisi dans le groupe comprenant les aciers inoxydables, les alliages à base de nickel, le titane et les alliages de titane. 3 Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite tête de raccordement ( 2) a une forme tronconique, incurvée ou en losange. 4 Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un manchon-rondelle ( 4) fixé sur le cou de ladite tête de raccordement ( 2). 5 Tuyau selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit alliage de titane est choisi dans le groupe comprenant les alliages dénommés 6 A 14 V, 6 Al 6 V 2 Sn, 6 Al 2 Sn 4 Zr 2 Mo et 8 All Mol V. 6 Tuyau selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit alliage à base de nickel est choisi dans le groupe comprenant les alliages dénommés "Inconel", "Incoloy" et "Hastelloy".