Brevet FR2777475A1 — publié le 19991022

AMELIORATION DE LA FILTRATION PAR MULTI-FILTRATION EN SERIE DANS UN MEME FILTRE. Dans chaque moteur à combustion pour automobile ou véhicule industriel, I'infiltration des impuretés est constatée. Ces impuretés proviennent de l'air ambiant, de l'usure des organes mécaniques du moteur du carburant ou de l'huile elle même. Ces impuretés occasionnent des usures prématurées des organes du moteur tels que paliers, vilebrequin, bielles, chemises et pistons etc. Pour pallier à cette usure, il est monté sur chaque moteur une batterie de trois filtres, à huile, à air et à carburant. Chacun de ces filtres est composé d'un corps étudié pour assurer l'étanchéité et d'un papier filtrant assurant la filtration de l'air, de l'huile ou du carburant. La porosité du papier filtrant dépend du fluide à filtrer, elle est caractérisée généralement par un diamètre moyen et un diamètre maximum de porosité. Afin d'augmenter les capacités de la filtration des fluides et lorsque l'espace réservé par le constructeur du véhicule le permet, la solution de monter plus d'un filtre est possible. A titre d'exemples, nous pouvons citer certaines applications pour les engins de travaux publics, les camions, les autobus etc... Montage de filtres en parallèle Le fluide passe simultanément à travers plus d'un filtre. La surface filtrante totale est ainsi plus grande, avec toutefois une seule filtration du fluide. Montage en série Le fluide passe successivement à travers un premier filtre puis un second etc... Filtre By-pass Cette solution est exclusivement utilisée pour la filtration de l'huile. Au refoulement de la pompe à l'huile, une partie traverse un filtre puis continue pour graisser les organes du moteur, L'autre partie traverse un second filtre et retourne filtrée vers le réservoir d'huile. Ces techniques ne peuvent pas s'appliquer dans l'état actuel pour le cas des voitures. En effet, les constructeurs de voitures vont de plus en plus vers la réduction des dimensions allouées au moteur et les emplacements deviennent de plus en plus exigus. II devient impossible de pouvoir disposer deux filtres sur un moteur automobile. Par ailleurs les constructeurs de filtres ont adopté des solutions afin d'arriver à obtenir un maximum de superficie filtrante dans un volume et une forme donnés d'un filtre. Les solutions connues à ce jour sont: - La technique de plissage droit du papier filtrant (voir fig.1). - La technique de plissage sous forme de M du papier filtrant (voir fig.2.). Cette technique offre une augmentation de surface filtrante par le biais du haut de la forme en M sans entassement de papier. - La technique du plissage chevron du papier filtrant (voir fig.3). Cette technique donne au papier filtrant la possibilité de développer une surface filtrante supérieure au plissage droit, en effet le papier se développe dans le sens de la longueur et de la largeur. Ces techniques de plissage offrent une augmentation de la capacité de rétention par l'augmentation de la surface filtrante du filtre sans pour autant toucher à l'efficacité qui reste intrinsèquement liée à la porosité du papier filtrant choisi. Double ou triple filtration de l'huile Certains constructeurs ont adopté des solutions qui consistent à placer dans le même corps de filtre deux cartouches filtrantes ayant chacune un papier filtrant dont la porosité est différente de telle sorte que le résultat de la filtration soit un mélange d'huile provenant des deux cartouches dont une partie de ce mélange a été efficacement filtrée grâce au papier à faible porosité, L'autre partie ayant été filtrée avec une efficacité moindre car le papier a une plus forte porosité. Cette solution est similaire au montage en parallèle. II existe également un système qui peut être résumé par la mise en place de deux papiers filtrants l'un plissé droit, le second plissé et chevronné ou bien les deux sont plissés et chevronnés en tubes coaxiaux pour former la cartouche filtrante. Cette solution conduit inévitablement à réduire le diamètre du tube perforé central d'où l'absence de la standardisation des composants de la cartouche. La fonction principale d'un filtre est caractérisée par deux paramètres qui sont la capacité de rétention et l'efficacité de filtration. La capacité de rétention est exprimée en masse (en gramme) de polluant retenue par le filtre avant son colmatage. En effet un filtre retient les particules solides véhiculées par le fluide en cours du fonctionnement qui finissent par boucher les pores du papier filtrant soit: Me = Masse totale qui est entrée dans le filtre Ms = sortie du filtre R = Rétention = Me - Ms L'efficacité de filtration est exprimée en pourcentage et se traduit comme suit: Considérons pour les particules de dimensions supérieures à d en microns (cri) Ned = Nombre de particules qui entrent dans le filtre au cours d'un Temps t. Nsd = Nombre de particules de dimensions supérieures à d qui sortent du filtre au cours du même temps t L'efficacité pour le seuil d Tld = ((Ned - Nsd)/Ned) x 100 Plus lid est élevée plus le filtre est efficace pour ce seuil d. L'efficacité de la filtration est plus grande quand le diamètre moyen des trous du papier filtrant est plus petit. Ces pores de faibles dimensions sont obturés aussi bien par les particules de grosses dimensions qu'avec les particules de petites dimensions. Ceci explique le colmatate rapide de ce papier filtrant avec une faible rétention. Par contre un papier filtrant dont le diamètre moyen des pores est plus grand, commence par retenir les particules de dimensions moyennes tout en laissant passer les particules de dimensions plus petites. L'efficacité de la filtration obtenue pour les particules de petites dimensions est faible mais, au fur et à mesure du fonctionnement, le papier filtrant va retenir des particules plus petites vu que les sections des pores auront diminué par le phénomène de colmatage. Ceci explique que la masse des particules retenue au total est plus grande d'où une rétention plus importante. Nous constatons donc que partant d'une superficie filtrante constante, I'augmentation de l'efficacité de la filtration engendre une baisse de la rétention et inversement. Les performances des filtres produits avec la technique actuelle disposant d'un papier filtrant à travers le circuit de la filtration dépend donc du type de papier. La présente invention repose sur un système de filtration moyennant deux ou plusieurs papiers filtrants plissés droits superposés dans le sens de la filtration à l'intérieur d'un même filtre destiné à un moteur thermique (voir fig.4.). Les papiers plissés sont donc placés dans le filtre de telle sorte que le fluide à filtrer passe à travers le premier papier (fig.4-a) puis à travers le second (fig.4-b) jusqu'au dernier avant de sortir du filtre vers l'utilisation. L'invention consiste à superposer deux ou plusieurs papiers filtrants plissés droits grâce à l'espace intérieur de chaque plis. Ces papiers filtrants sont plissés séparément et placés engagés les uns dans les autres par les plis ayant des dimensions différentes afin d'assurer qu'il y ait le minimum de contact entre les surfaces des différentes papiers filtrants. Cet espacement entre les surfaces des papiers est nécessaire pour éviter que les fibres d'un papier masquent un certain nombre des pores du papier voisin, ce qui rendra difficile le passage du fluide et augmentera la perte de charge du filtre. Ceci permet de conserver la même structure de la cartouche en gardant notamment le tube perforé central à son diamètre standard (fig.4c) et substituer le papier filtrant plissé droit unique par deux ou plusieurs papiers filtrants plissés droits. Le dessin (fig.4) illustre la superposition d'un cas de deux papiers filtrants. Le choix des papiers filtrants est effectué de telle sorte que le premier (fig.4-a) est caractérisé par des pores d'un diamètre moyen plus grand que celui du diamètre moyen des pores du second papier filtrant (fig.4-b). Le premier papier filtrant rencontré par le fluide, a la charge de retenir les grosses particules tout en laissant passer les petites particules au second papier filtrant qui les retient sans qu'il soit atteint par les plus grosses. Ce processus de filtration est concrétisé par deux paramètres du filtre à savoir la capacité de rétention et l'efficacité de filtration qui présentent ensemble les performances. Nous constatons donc qu'au niveau de la capacité de rétention la masse de particules qui sera retenue par le filtre est la somme des deux masses retenues par chacun des deux papiers filtrants. * Rétention du papier a Ra = Me - M5a * Rétention du papier b Rb = Msa - MSb * Rétention totale du filtre avec ses deux papiers filtrants R = Ra + Rb = Me - Msa + Msb = Me - MSb. II demeure entendu que ce raisonnement est applicable pour le cas d'un filtre comportant plus de deux papiers filtrants à charge d'ajouter Rc lorsqu'il s'agit d'un 3ème papier et ainsi de suite. Quand à l'efficacité de filtration elle se présente conformément au raisonnement suivant: * Efficacité de la filtration du papier filtrant 1 #da = (( Ned - Nsda)/Ned) x 100 * Efficacité de la filtration du papier filtrant 2 #db = ((Nsda - Nsdb)/Nsda) x 100 * Efficacité de la filtration du filtre avec les deux papiers filtrants = = ((Ned - Nsdb)/Ned) x 100 par substitution nous obtenons: #d = (1 - (1- #da/100)( 1 - #db/100)) x 100 Cette efficacité de la filtration est supérieure aux deux efficacités des deux papiers filtrants prises séparément. II demeure entendu que le raisonnement est applicable pour le cas d'un filtre comportant plus de deux papiers filtrants à charge d'ajouter #dc lusqu'il s'agit d'un 3ème papier et ainsi de suite. L'efficacité de la filtration est meilleure vu l'effet de multiplication rencontrée dans la formulation de md. Le phénomène d'amélioration de l'efficacité de la filtration est constatée dans tous les cas d'utilisation de plusieurs papiers filtrants à l'intérieur d'une même cartouche de porosité différente et décroissante dans le sens de la filtration. L'amélioration de l'efficacité de la filtration aura pour effet une meilleure longévité des pièces et organes du moteur. L'augmentation de la capacité donc de la durée de vie du filtre est bénéfique du point de vue économique et écologique par la réduction du nombre de filtres à jeter. REVENDICATIONS 1- Filtration par le moyen d'une cartouche comprenant un élément tubulaire perforé central (fig.4-c) entouré par deux ou plusieurs papiers filtrants plissés droits superposés dont les plis de dimensions différentes sont engagés les uns dans les autres (fig.4-a et b) une par une ou autrement, le tout étant assemblé solidairement par collage à deux flasques (fig.4-d et e), les papiers filtrants étant caractérisés par leur porosités et dont les pores ont des diamètres moyens différents et décroissants dans le sens de la filtration. 2- Filtration selon la revendication N"1 caractérisée en ce que le premier papier filtrant plissé droit comporte des pores d'un diamètre moyen plus grand du diamètre moyen des pores du second papier filtrant et engagés l'un dans l'autre par les plis de dimensions différentes de sorte que le passage du fluide par les deux papiers filtrants permet par leurs actions filtrantes successives l'obtention d'un résultat meilleur que le résultat des filtres communément connus aussi bien au niveau de la capacité de rétention qu'au niveau de l'efficacité de filtration, la capacité de rétention et l'efficacité de filtration formant toutes les deux la performance du filtre. 3- Filtre selon les revendications N"1 et 2 caractérisées en ce qu'il comprend un élément tubulaire perforé central (fig.4-c) entouré par deux ou plusieurs papiers filtrants droit superposés dont les plis de dimensions différentes sont engagés les uns dans les autres (fig.4-a et b) une par une ou autrement, le tout étant assemblé solidairement par collage à deux flasques (fig.4-d et e), les papiers filtrants étant caractérisés par leur porosité et dont les pores ont des diamètres moyens différentes et décroissant dans le sens de la filtration et caractérisé en ce que le premier papier filtrant plissé droit comporte des pores d'un diamètre moyen plus grand du diamètre moyen des pores du second papier filtrant et engagés l'un dans l'autre par les plis de dimensions différentes de sorte que le passage du fluide par les deux papiers filtrants permet par leurs actions filtrantes successives l'obtention d'un résultat meilleur que le résultat des filtres communément connus aussi bien au niveau de la rétention qu'au niveau de l'efficacité de filtration, la rétention et l'efficacité formant toutes les deux la performance du filtre. 4- Filtration selon le moyen des deux (fig.5-a et b) ou plusieurs papiers filtrants plissés droits superposés dont les plis de dimensions différentes sont engagés les uns dans les autres une par une autrement, le tout étant assemblés et collés dans un contenant (fig.5-c) ayant une forme autre que cylindrique, les papiers filtrants étant caractérisés par leurs porosités et dont les pores ont des diamètres moyens différentes et décroissants dans le sens de la filtration. 5- Filtration selon la revendication N"4 caractérisée ce que le premier papier filtrant plissé droit comporte des pores d'un diamètre moyen plus grand du diamètre moyen des pores du second papier filtrant et engagés l'un dans l'autre par les plis de dimensions différentes de sorte que le passage du fluide par les deux papiers filtrants permet par leurs actions filtrantes successives l'obtention d'un résultat meilleur aussi bien au niveau de la capacité de rétention qu'au niveau de l'efficacité de filtration par rapport aux résultats des filtres communément connus, la capacité de rétention et l'efficacité de filtration formant toutes les deux la performance du filtre. 6- Filtration suivant les revendications 4 et 5 en ce qu'ils comprennent un élément tubulaire perforé central (fig.4-c) entouré par deux ou plusieurs papiers plissés filtrants droit superposés dont les plis de dimensions différentes sont engagés les uns dans les autres (fig.4-a et b) une par une ou autrement, le tout étant assemblé solidairement par collage à deux flasques (fig.4-d et e), les papiers filtrants étant caractérisés par leur porosité et dont les pores ont des diamètres moyens différents et décroissants dans le sens de la filtration et caractérisé en ce que le premier papier filtrant plissé droit comporte des pores d'un diamètre moyen plus grand du diamètre moyen des pores du second papier filtrant et engagés l'un dans l'autre par les plis de dimensions différentes de sorte que le passage du fluide par les deux papiers filtrants permet par leurs actions filtrantes successives l'obtention d'un résultat meilleur que le résultat des filtres communément connus aussi bien au niveau de la rétention qu'au niveau de l'efficacité de la filtration, la rétention et l'efficacité formant toutes les deux la performance du filtre. 7- Filtration par le moyen de deux ou plusieurs papiers filtrants selon les revendications 1,2,3,4,5 et 6 intercalés par un milieu perméable (fig.6f) fabriqué en une matière autre que le papier filtrant (métal, plastique etc...).