Brevet FR2839751A1 — publié le 20031121

TUYAUTERIE D'INJECTION DE CARBURANT SOUS HAUTE PRESSION COMPORTANT UNE PARTIE FORMANT TETE DE LIAISON La présente invention se rapporte à une tuyauterie d'injection de carburant sous haute pression présentant une partie formant tête de liaison à une extrémité libre de celle-ci, constituée d'un tube à paroi épaisse présentant un diamètre relativement faible entre 4 mm environ et 20 mm environ et une épaisseur de paroi de 1 mm environ à 8 mm environ, largement utilisée en étant agencé de manière appropriée pour constituer un circuit d'alimentation de carburant et analogue, par exemple, pour des moteurs à combustion interne diesel. Les tuyauteries d'injection de carburant sous haute pression de ce type connues sont constituées d'une tuyauterie d'injection de carburant sous haute pression présentant une partie formant tête de liaison (JP-A-8-75 075) comportant, comme cela est montré en exemple à la figure 4, à une partie d'extrémité de liaison d'une tuyauterie en acier à paroi épaisse 11présentant un diamètre relativement faible, une partie formant tête de liaison 12 formée avec une surface formant siège 13, une collerette annulaire 15, formée de telle sorte que la collerette annulaire 15 est espacée axialement par rapport à la surface formant siège 13, et une surface conique 14 reliée à la surface formant siège 13, s'étendant à partir de celle-ci vers la collerette annulaire 15 et convergeant vers une extrémité libre de la partie formant tête de liaison 1 2. Ce type de partie formant tête de liaison 12 est formé par une opération de déformation plastique mise en #uvre en pressant axialement la partie formant tête de liaison 12 à partir de l'extérieur par un élément formant poinçon. En ce qui concerne cette opération de matriçage, la partie formant tête de liaison 12 est formée avec une poche annulaire profonde, anguleuse et large 16 apparaissant sur la surface circonférentielle interne de celle-ci du fait de l'expansion vers l'extérieur de la paroi circonférentielle de celle-ci accompagnée par le processus de déformation plastique lié à l'opération de poinçonnage. Cette tuyauterie d'injection de carburant sous haute pression dans un tel état est actuellement d'utilisation courante. Toutefois, une telle tuyauterie d'injection de carburant sous haute pression de la technique antérieure comportant une partie formant tête de liaison a pour problème de provoquer, au cours de l'utilisation de la tuyauterie d'injection, l'érosion par cavitation d'une partie de celle-ci autour de la poche annulaire profonde, effilée et large, qui est formée sur la surface interne de la partie formant tête de liaison, qui se produit au cours de son utilisation du fait d'un fluide sous haute pression. Un autre problème réside dans la possibilité de l'apparition d'une rupture par fatigue de la tuyauterie d'injection de carburant au niveau de la partie la plus profonde de la partie en poche. La présente invention a été faite au vu de ces problèmes rencontrés dans la tuyauterie d'injection de carburant de la technique antérieure mentionnée précédemment. L'un des objectifs de la présente invention est de proposer une tuyauterie d'injection de carburant sous haute pression présentant une partie formant tête de liaison à son extrémité libre permettant d'obtenir un contour d'une section transversale d'une poche annulaire se formant dans la partie interne de la partie formant tête de liaison au cours de l'opération de fabrication de partie formant tête qui s'étende de manière peu profonde et régulière, et par conséquent permettant d'éliminer le risque d'apparition d'érosion par cavitation de la partie interne de la partie formant tête de liaison et le risque d'apparition d'une rupture par fatigue de cette partie formant tête. Dans le but d'atteindre cet objectif, l'invention propose une tuyauterie d'injection de carburant sous haute pression présentant une partie formant tête de liaison dont le point essentiel réside dans le fait que la tuyauterie d'injection de carburant présente sur une partie formant tête de liaison d'une tuyauterie en acier à paroi épaisse présentant un diamètre relativement faible, une partie formant tête de liaison formée par une surface formant siège, une collerette annulaire, formée de telle sorte que la collerette est espacée axialement par rapport à la surface formant siège, et une surface conique reliée à la surface formant siège, s'étendant à partir de celle-ci vers la collerette annulaire et convergeant vers une extrémité libre de la partie formant tête de liaison, dans laquelle la surface conique comporte, sur une partie de celle-ci, une cavité annulaire peu profonde, de section transversale courbe, par laquelle la cavité annulaire sur une surface interne de la partie formant tête, qui se forme au cours du matriçage de la partie formant tête de liaison, est formée de telle sorte que la cavité interne présente une section transversale peu profonde de faible courbure. La cavité annulaire de section transversale courbe, sur une partie de la surface conique, est formée dans la zone de la partie formant tête de liaison qui est plus proche de la surface formant siège que la collerette annulaire. Dans une section transversale de la partie formant tête de liaison, on considère un point A1 représentant un bord du côté collerette annulaire de la cavité de section transversale courbe, un point A2 le bord de la même cavité courbe qui est du côté opposé de la collerette, d étant le diamètre externe de la tuyauterie d'injection, et DA étant le diamètre externe de la partie formant tête de liaison qui correspond au point A2. La caractéristique de l'invention consiste à satisfaire la condition DA/d = 0,95 à 1,3, de préférence, = 1,0 à 1,25, et la condition d'une profondeur de la cavité courbe, qui s'étend entre le point A1 et le point A2, dans la direction radiale de la tuyauterie d'injection, c'est-à-dire, la profondeur de la cavité courbe dans la direction indiquée # DA. En supposant que L représente la longueur axiale de la partie formant tête de liaison qui est comprise entre le bord libre d'une surface formant siège sphérique et une partie axiale de la partie formant tête de liaison qui correspond au point A1, et que W est la longueur axiale (largeur axiale de la cavité courbe) de la partie de la partie formant tête de liaison qui est comprise entre le point A1 et le point A2, une autre caractéristique de l'invention est de satisfaire la condition W/L = 0,3 à 0,75, de préférence, = 0,35 à 0,7. En d'autres termes, selon la présente invention, une cavité annulaire peu profonde de section transversale courbe est formée comme une partie d'une surface conique de la partie formant tête de liaison. Il s'ensuit qu'une partie de la surface conique de la partie formant tête de liaison est maintenue par l'opération de pressage d'une surface courbe en saillie, qui peut être couplée avec ladite cavité courbe, formée au préalable sur le poinçon de matriçage. Ceci permet que la cavité annulaire (poche), qui se forme sur une surface circonférentielle interne de la partie formant tête de liaison au cours de l'opération de matriçage par déformation de partie formant tête de liaison, devienne peu profonde et régulièrement curviligne. Par conséquent, un risque de provoquer l'apparition d'une érosion par cavitation de la partie formant tête de liaison, du fait d'une pression de fluide à l'intérieur, peut être éliminé, et le risque qu'une rupture par fatigue de la partie formant tête de liaison, du fait de concentration de contraintes, initiée sur la cavité annulaire interne, peut être réduit. Les raisons pour lesquelles un rapport de la longueur axiale (largeur axiale de la cavité courbe annulaire) W de la partie externe de la partie formant tête de liaison qui est comprise entre le point A1 et le point A2 sur la longueur L de la partie externe de la partie formant tête de liaison qui est comprise entre un bord libre de la surface formant siège et le point A1 est limité entre 0,3 et 0,75, de préférence entre 0,35 et 0,7 sont les suivantes. Lorsque ce rapport est inférieur à 0,3, le point A2 devient en sens inverse trop proche du point A1 , et la longueur axiale de la cavité annulaire de section transversale courbe (s'étendant entre le point A1 et le point A2) diminue, de telle sorte que l'effet de réduction de la profondeur de la surface interne de la poche diminue. D'autre part, lorsque ce rapport excède 0,75, le point A2 devient trop proche de l'extrémité libre de la partie formant tête de liaison, et il devient difficile de maintenir une surface d'étanchéité par contact par rapport à la surface métallique du poinçon à engager sur celle-ci. En outre, la rigidité de la partie externe de la partie formant tête de liaison qui est à proximité du bord libre de celle-ci diminue, et cette partie devient facilement déformable. Les raisons pour lesquelles DA/d est limité entre 0,95 et 1,3, de préférence entre 1,0 et 1,25, sont les suivantes. Lorsque ce rapport est inférieur à 0,95, le point A2 devient trop proche de l'extrémité libre de la partie formant tête de liaison et il devient difficile de maintenir une surface d'étanchéité par contact par rapport à la surface métallique du poinçon à engager sur celle-ci. D'autre part, lorsque le rapport excède 1,3, le point A2 devient inversement trop proche du point A1, et la longueur axiale de la cavité annulaire courbe (s'étendant entre le point A1 et le point A2) diminue, et un effet de réduction de la profondeur de la cavité sur la surface interne de la poche devient faible. La raison pour laquelle la profondeur radiale de la partie de la cavité de section transversale courbe qui est du côté de l'extrémité libre de la partie formant tête de liaison est définie à une valeur non inférieure à DA est d'éliminer la contre-dépouille apparaissant au cours de la formation de la partie formant tête de liaison par poinçonnage. C'est-à-dire que, lorsque la partie de la cavité courbe qui est du côté de l'extrémité libre de la partie formant tête de liaison est formée sur la partie de celle-ci en un emplacement sur la partie formant tête de liaison dont le diamètre est inférieur à DA (position du point A2), une contre-dépouille est formée, de telle sorte que la formation de la partie formant tête de liaison par un poinçon devient impossible à réaliser. Un mode de réalisation préféré de la présente invention va maintenant être décrit en se référant aux dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 est une vue de côté montrant un exemple de la partie formant tête de liaison de la tuyauterie d'injection de carburant sous haute pression selon la présente invention ; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une moitié de ladite partie formant tête de liaison ; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale destinée à l'explication, montrant une étape de réalisation d'un procédé de matriçage de ladite partie formant tête de liaison ; et la figure 4 est une vue en coupe montrant un exemple d'une partie formant tête de liaison d'une tuyauterie d'injection de carburant sous haute pression de la technique antérieure sur laquelle une amélioration a été apportée par la présente invention. Selon la présente invention, la référence numérique 1 désigne une tuyauterie en acier à paroi épaisse présentant un diamètre relativement faible, 2 une partie formant tête de liaison, 3 une surface formant siège, 4 une surface conique, 5 une collerette annulaire, 6 une poche, 7 un mandrin, et 8 un élément formant poinçon. La tuyauterie en acier à paroi épaisse 1 est un tube à paroi épaisse d'un diamètre relativement faible de 4 mm environ à 20 mm environ et d'une épaisseur de paroi de 1 mm environ à 8 mm environ réalisé à partir d'un tube en acier au carbone utilisé en tant que tuyauterie à haute pression et coupé au préalable à une dimension prédéterminée. La tuyauterie d'injection de carburant sous haute pression montrée à la figure 1 et à la figure 2 présente, sur une partie d'extrémité de liaison d'une tuyauterie en acier à paroi épaisse 1, une partie formant tête de liaison 2 qui comporte une surface formant siège 3 formée sur une partie d'extrémité de liaison de la tuyauterie en acier paroi épaisse 1 et pouvant s'assembler, au niveau d'une surface circonférentielle externe de celle-ci, avec une partie formant siège d'un poinçon, une collerette annulaire 5 formée de telle sorte que la collerette est espacée axialement par rapport à la surface formant siège 3, une surface conique 4 reliée à la surface formant siège, s'étendant à partir de celle-ci vers la collerette annulaire 5 et convergeant vers une extrémité libre de la partie d'extrémité de liaison, et une cavité annulaire peu profonde de section transversale courbe 4-1 formée dans une partie de la surface conique 4, et qui présente une cavité annulaire peu profonde de courbure régulière 1-1 sur une surface interne de la tuyauterie en acier à paroi épaisse 1 . La surface formant siège 3 peut être soit sphérique soit de section transversale courbe. Dans la partie formant tête de liaison 2, la cavité annulaire de section transversale courbe 4-1 formée sur une partie de la surface conique 4 est formée dans la partie de la partie formant tête de liaison qui est du côté de la surface formant siège 3 plutôt que du côté de la collerette annulaire 5. Dans une section transversale de la partie formant tête de liaison, on suppose que le point A1 représente un bord du côté collerette annulaire de la cavité courbe 4- 1, le point A2 le bord de la même cavité courbe qui est du côté opposé de la collerette, d est le diamètre externe de la tuyauterie, DA est le diamètre externe de la partie formant tête de liaison qui correspond au point A2, W est la longueur axiale (largeur de la cavité courbe ) de la partie qui s'étend entre le point A2 et le point A1 de la partie formant tête de liaison, et L est la longueur axiale de la partie formant tête de liaison qui est entre le bord libre de la surface formant siège sphérique et le point A1. La longueur axiale (largeur de la cavité courbe) de la partie qui est entre le point A1 et le point A2 de la partie formant tête de liaison est définie de telle sorte que W/L = 0,3 à 0,75, le rapport DA/d = 0,95 à 1,3, et le diamètre de la position sur la cavité courbe externe qui est du côté de l'extrémité libre de la partie formant tête dans laquelle la cavité courbe externe commence présente une valeur # DA. L'angle 0 de la surface formant siège est entre environ 25 degrés et environ 30 degrés. Le procédé de matriçage de la partie formant tête de la tuyauterie d'injection de carburant sous haute pression montrée à la figure 1 et à la figure 2 va maintenant être expliqué à l'aide de la figure 3. Selon la présente invention, un poinçon comprenant une surface sphérique 8-1, une surface conique 8-2, une partie courbe en saillie 8-3, et une partie plate 8-4 qui correspondent respectivement à la surface formant siège 3, la surface conique 4, la cavité courbe externe 4-1 et à la surface circonférentielle externe de la collerette annulaire 5 de la partie formant tête de liaison 2, constitue l'élément formant poinçon 8. Lorsque l'extrémité libre d'une telle tuyauterie en acier à paroi épaisse 1 retenue par le mandrin 7 est pressée axialement par l'élément formant poinçon 8 au cours d'une opération de matriçage de partie formant tête de liaison, une zone de la partie formant tête de la tuyauterie en acier à paroi épaisse 1 est rendue fluide de manière plastique, et il est obtenu une partie formant tête de liaison 2 présentant une partie d'extrémité de liaison qui est formée sur la surface circonférentielle externe de l'extrémité libre de la tuyauterie en acier à paroi épaisse 1 avec une surface formant siège 3 correspondant à une partie de siège de l'élément formant poinçon, une collerette annulaire 5 formée de telle sorte que la collerette 5 est espacée axialement par rapport à la surface formant siège 3, une surface conique 4 reliée à la surface formant siège, s'étendant à partir de celle-ci vers la collerette annulaire et convergeant vers une extrémité libre de la partie formant tête de liaison 2, et une cavité courbe annulaire et peu profonde 4-1 formée sur une partie de la surface conique 4, et qui comporte, sur la surface interne de la tuyauterie en acier à paroi épaisse 1, une cavité annulaire peu profonde de faible courbure 1-1 . Une tuyauterie d'injection de carburant sous haute pression présentant une partie formant tête de liaison à une extrémité libre de celle-ci selon la présente invention comporte une cavité annulaire peu profonde de section transversale courbe sur une partie d'une surface conique de la partie formant tête de liaison. Du fait de la présence de cette cavité, une partie de la surface conique de la partie formant tête de liaison est contrainte par l'action d'une surface courbe en saillie formée sur le poinçon de matriçage et pouvant être couplée avec cette cavité courbe. Ceci permet qu'une cavité annulaire interne (poche), qui se forme par déformation plastique du fait de l'opération de matriçage de la partie formant tête de liaison sur la surface interne de la partie formant tête de liaison, présente une section transversale d'un contour régulièrement curviligne peu profond. Par conséquent, le risque d'érosion par cavitation de la surface circonférentielle interne de la partie formant tête de liaison du fait d'une pression de fluide à l'intérieur est éliminé, et une réduction très importante du risque qu'une partie érodée par cavitation forme un point d'initiation d'une rupture par fatigue de la partie formant tête de liaison est obtenue. REVENDICATIONS 1. Tuyauterie d'injection de carburant sous haute pression comportant à une extrémité libre d'une partie d'extrémité de liaison d'une tuyauterie en acier à paroi épaisse (1 ) présentant un diamètre relativement faible, une surface formant siège (3), une collerette annulaire (5) formée de telle sorte que la collerette est espacée axialement par rapport à la surface formant siège, et une surface conique (4) reliée à la surface formant siège, s'étendant à partir de celle-ci vers la collerette annulaire et convergeant vers une extrémité libre de la partie formant tête de liaison (2), caractérisée en ce qu'une cavité annulaire peu profonde de section transversale courbe (4-1) est formée sur une partie de la surface conique, la cavité de section transversale courbe provoquant la formation d'une cavité annulaire (1-1), sur la surface interne de la partie formant tête de liaison au cours de l'opération de matriçage de la partie formant tête de liaison, présentant une section transversale d'un contour curviligne régulier peu profond. 2. Tuyauterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité annulaire de section transversale courbe (4-1) sur une partie de la surface conique est formée dans la zone de la partie formant tête de liaison qui est plus proche de la surface formant siège que de la collerette annulaire ; et en ce que, sur une section transversale de la partie formant tête de liaison, en supposant qu'un point A1 représente le bord du côté collerette annulaire de la cavité de section transversale courbe, un point A2 représente le bord de la même cavité courbe qui est du côté opposé de la collerette, d étant le diamètre externe de la tuyauterie en acier, et DA étant le diamètre externe de la partie formant tête de liaison qui correspond au point A2, les conditions suivantes sont satisfaites : - DA/d = 0,95 à 1,3 - l'épaisseur dans la direction radiale de la tuyauterie en acier de la cavité de section transversale courbe s'étendant entre le point A1 et le point A2 est # DA. 3. Tuyauterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité annulaire de section transversale courbe sur une partie de la surface conique est formée dans la zone de la partie formant tête de liaison qui est plus proche de la surface formant siège que de la collerette annulaire ; et en ce que, sur une section transversale de la partie formant tête de liaison, en supposant qu'un point A1 représente un bord du côté collerette annulaire de la cavité de section transversale courbe, et qu'un point A2 le bord de la même cavité courbe qui est du côté opposé de la collerette, L étant la longueur axiale de la partie de la partie formant tête de liaison qui est entre un bord libre d'une surface formant siège sphérique et une partie axiale de la partie formant tête de liaison qui correspond au point A1, et W étant la longueur axiale (largeur axiale de la cavité courbe) de la partie qui est comprise entre le point A1 et le point A2 de la partie formant tête de liaison, la condition W/L = 0,3 à ,0,7 est satisfaite.