Brevet FR2856436A1 — publié le 20041224

i TUYAU D'INJECTION DE CARBURANT A HAUTE PRESSION Contexte de l'invention Domaine technique La présente invention concerne un tuyau d'injection de carburant à haute 5 pression, généralement livré et utilisé comme canal d'amenée du carburant dans un moteur diesel à combustion interne et composé d'un tuyau métallique de petit diamètre relativement épais et, plus spécialement, elle concerne un tuyau d'injection de carburant à haute pression qui peut atténuer la concentation d'une contrainte sur une portion sous tête à son extrémité, causée par un effort de 10 flexion ou par des phénomènes du même type provoqués par les vibrations. Etat de la technique antérieure La technique antérieure connaît un tuyau d'injection de carburant à haute pression de ce type, composé d'un tuyau métallique épais et de petit diamètre 11 équipé, à son extrémité, d'une portion de tête de raccordement 13 avec un profil 15 curviligne tronqué, ayant une surface de siège de compression sphérique 12 à sa périphérie formée par moulage/gauchissement. Le tuyau d'injection de carburant à haute pression de ce type est relié par une rondelle 15 ou un manchon (non montré) raccordés sans serrage à une portion du diamètre du tuyau 14 de ce même tuyau métallique épais et de petit diamètre 11 qui constitue une portion sous tête de la portion de tête de raccordement 13, couplant, dans cette configuration, la surface postérieure de la portion de la tête de raccordement 13 à la surface inférieure de la paroi, à l'intérieur d'un écrou de serrage 16 assemblé avec la rondelle 15, et pressé contre la surface du siège d'un joint (non montré) 5 d'un support sur le côté associé ou d'une pompe lorsqu'ils y sont vissés et serrés. Exposé de l'invention Toutefois, dans les tuyaux d'injection de carburant à haute pression de ce type, il y a un problème qui consiste en une concentration de contrainte qui peut se produire suite à un effort de flexion ou à des phénomènes du même type, 10 provoqués par les vibrations, d'une portion inférieure de la portion de la tête de raccordement 13 à cause de la structure de la portion de diamètre du tuyau 14, formée simplement du tuyau métallique lui-même qui correspond à la portion à proximité de la portion inférieure de la portion de la tête de raccordement 13, et la structure à raccordement sans serrage à la portion du diamètre du tuyau 14 de la 15 rondelle 15, d'o détérioration de la résistance mécanique et apparition de zone de fatigue locale provoquant facilement des dommages de fissuration et de flexion. Pour résoudre le problème décrit ci-dessus, la mesure mise en oeuvre dans la technique connexe, consiste en ce que le flanc de raccordement R 20 appliqué à la portion sous tête raccordant une bride 13' de la portion de la tête de raccordement 13 et la portion de diamètre de tuyau 14, a été renforcé pour atténuer la concentration de contraintes. Toutefois, lorsque les dimensions du flanc de raccordement R sont augmentées, il est nécessaire d'augmenter également le diamètre de la bride 13'. La bride 13' est une portion qui reçoit la 25 force d'un écrou de serrage à travers la rondelle ou le manchon, ce qui nécessite une surface suffisante. Toutefois, l'élargissement de la surface de la bride 13', par l'augmentation de son diamètre, peut aggraver la pliure qui se forme sur la surface intérieure du tuyau, au moment du moulage/gauchissement (moulage de l'extrémité), ce qui a comme conséquence une dégradation de la résistance à la 30 pression interne. Ainsi, les dimensions de la bride 13' sont limitées et la mesure consistant à augmenter le diamètre de la bride 13' n'est pas nécessairement une mesure efficace pour atténuer la concentration des contraintes. Par conséquent, dans le but d'éviter les dommages sur le tuyau métallique, provoqués par une contrainte excessive, il est nécessaire de mettre en place des mesures telles que la pose d'un collier de serrage sur la portion intermédiaire du tuyau d'injection ou la suppression des vibrations du moteur lui-même. Au vu des problèmes rencontrés par la technique connexe, tels que décrits ci-dessus, la présente invention a comme objectif de fournir un tuyau d'injection de carburant à haute pression, dans lequel la concentration des contraintes sur la portion sous la tête de raccordement, générée par l'effort de flexion ou par des phénomènes de même type, causés par les vibrations, puisse 10 être effectivement atténuée. Un tuyau d'injection de carburant à haute pression, conforme au premier aspect de la présente invention, est le tuyau d'injection de carburant à haute pression ayant un tuyau métallique épais et de petit diamètre et une portion de tête de raccordement intégralement formée avec celui-ci, la portion de la tête de 15 raccordement ayant son diamètre augmenté par moulage/gauchissement et étant formée avec une surface de siège en compression sur la surface de siège d'un joint pour le côté associé sur le bord extérieur, côté de raccordement, dans lequel une portion sous tête de la tête de raccordement est formée avec une portion de paroi épaisse qui est conforme aux conditions des points 1 à 3 ci-dessous. 1. Le rayon de courbure R1 d'une portion A de la portion de paroi épaisse prolongeant la portion de tête de raccordement = de 0,03 à 0,15 fois le diamètre extérieur du tuyau. 2. Le rayon de courbure R2 d'une portion B partant de la portion A de la portion de paroi épaisse vers une portion du tuyau droite = de 0,3 à 1,5 fois 25 le diamètre extérieur du tuyau. 3. La dimension maximale du diamètre w de la portion de paroi épaisse = de 0,25 à 0,4 fois une longueur maximale de projection diamétrale W de la portion de la tête de raccordement Dans la présente invention, le tuyau d'injection de carburant à haute 30 pression est composé d'un tuyau en acier au carbone pour tuyaux à haute pression, un tuyau en acier inoxydable ou en matériau pour tuyaux en composite de ces derniers. En outre, la portion de tête de raccordement du tuyau d'injection de carburant à haute pression selon la présente invention, est formée avec un profil curviligne tronqué, ayant la surface sphérique du siège de compression sur son bord extérieur. Les dimensions du tuyau métallique épais à petit diamètre sont de l'ordre de 4,5 mm à 20 mm pour le diamètre du tuyau et de 1,0 mm à 5,0 mm pour le diamètre intérieur. Un deuxième aspect de la présente invention est caractérisé par le fait que la portion de paroi épaisse est formée par une paroi conique conforme aux conditions décrites par les points 4 à 7 ci-dessous. 4. L'angle 0 de la paroi conique qui s'étend en arrière et se prolonge sur la portion droite du tuyau par rapport à l'axe du tuyau = de 7 à 15 degrés. 5. Le rayon de la courbure R1 de la portion A de la paroi conique se prolongeant sur la portion de la tête de raccordement = de 0,03 à 0,15 fois le diamètre extérieur du tuyau. 6. Le rayon de la courbure R2 de la portion B de la paroi conique se prolongeant sur la portion droite du tuyau = de 0,3 à 1,5 fois le diamètre extérieur 15 du tuyau. 7. La dimension maximale du diamètre w de la paroi conique = de 0,25 à 0,4 fois la longueur maximale de projection diamétrale W de la portion de la tête de raccordement. Dans la présente invention, le tuyau d'injection de carburant à haute 2 0 pression est formé du tuyau en acier au carbone pour tuyaux à haute pression, du tuyau en acier inoxydable ou en matériau pour tuyaux, composite de ceux-ci. En outre, la portion de tête de raccordement du tuyau d'injection de carburant à haute pression selon la présente invention est formée avec un profil curviligne tronqué, ayant la surface du siège de compression sur son bord extérieur. Les dimensions 25 du tuyau métallique épais à petit diamètre sont de l'ordre de 4,5 mm à 20 mm pour le diamètre du tuyau et de 1,0 mm à 5,0 mm pour le diamètre intérieur. Comme décrit ci-dessus, selon la présente invention, étant donné que le tuyau d'injection de carburant à haute pression est équipé de la portion de paroi épaisse ou de la paroi conique prolongeant la portion droite du tuyau, lesquelles 3 0 sont conformes aux conditions adéquates, il en résulte que sur la portion sous tête de la tête de raccordement, la concentation d'une contrainte sur la portion, à proximité de la portion sous tête, peut être atténuée et, par conséquent, la résistance mécanique peut être améliorée, par ce moyen, les dommages de fissuration ou de flexion causés par la force de flexion ou par des phénomènes semblables, produits par les vibrations, peuvent être réduits de façon significative, voire prévenus, ce qui permet de maintenir un raccord stable sur une longue durée. Brève description des dessins La figure 1 est une vue en plan, illustrant la réalisation d'un tuyau d'injection de carburant à haute pression selon la présente invention la figure 2 est une vue en plan, illustrant une autre réalisation d'un tuyau d'injection de carburant à haute pression selon la présente invention la figure 3 est une vue agrandie d'une portion de la tête de raccordement du tuyau d'injection de carburant à haute pression illustré dans la figure 1, dans laquelle (a) est une demi-vue transversale et (b) est une vue agrandie d'une portion principale de (a); la figure 4 est une vue agrandie de la portion de la tête de raccordement 15 du tuyau d'injection de carburant à haute pression illustré dans la figure 2, dans laquelle (a) est une demi-vue transversale et (b) est une vue agrandie d'une portion principale de (a); la figure 5 est une vue en plan illustrant un exemple d'un tuyau d'injection de carburant à haute pression issu de la technique antérieure. Meilleur mode de réalisation de la présente invention Dans la présente invention, le numéro de référence 1 désigne un tuyau métallique épais de petit diamètre, le numéro de référence 2 désigne une surface de siège de compression, le numéro de référence 3 désigne une portion de tête de raccordement, le numéro de référence 3' désigne une bride, le numéro de 25 référence 4 désigne une portion de paroi épaisse, le numéro de référence 14 désigne une paroi conique, une portion A désigne une portée de rayon de courbure R1 continuant sur la portion de la tête de raccordement, une portion B désigne une portée de rayon de courbure R2 se prolongeant sur la portion droite du tuyau. Le tuyau métallique épais et de petit diamètre 1 est constitué d'un tuyau en acier au carbone pour tuyaux à haute pression, un tuyau en acier inoxydable ou un tuyau en matériau composé de ces derniers, les dimensions sont de l'ordre de 4,5 mm à 20 mm pour le diamètre du tuyau et de 1,0 mm à 5,0 mm pour le diamètre intérieur. Le tuyau d'injection de carburant à haute pression de la présente 5 invention, illustré dans la figure 1 et la figure 2 est formé du tuyau métallique épais et de petit diamètre 1 équipé de la portion de tête de raccordement avec un profil curviligne tronqué 3 ayant la surface du siège de compression sphérique 2 sur la surface du bord extérieur à son extrémité et avec la portion de paroi épaisse 4 ou la paroi conique 14 s'étendant en arrière de manière à se prolonger sur la portion 10 droite du tuyau métallique épais et de petit diamètre 1 sur la portion sous tête de la portion de tête de raccordement 3 formée par la portion A et la portion B au moyen de moulage/gauchissement. Un procédé de fabrication comprend les étapes de moulage/gauchissement de l'extrémité du tuyau métallique épais de petit diamètre 15 1 sous la forme d'un tuyau droit, coupé à une longueur de produit déterminée par des procédés de presse, et la mise en forme d'un profil curviligne tronqué pour la portion de la tête de raccordement 3 ayant la surface de siège de compression 2 par rapport à la surface du siège de la portion du raccord (non montré) d'un injecteur du côté associé ou une pompe et la portion de paroi épaisse 4 ou la paroi 20 conique 14 s'étendant en arrière de manière à se prolonger sur la portion droite du tuyau métallique épais et de petit diamètre I avec les portions R de la portion A et de la portion B sur la portion sous tête de la portion de tête de raccordement 3 sur la surface du bord extérieur du côté raccordement. La raison pour laquelle la portion de paroi épaisse 4 doit être conforme 25 aux conditions de 1 à 3 comme décrit ci-dessus est la suivante. 1. La raison pour laquelle le rayon de la courbure R1 de la portion A, se prolongeant sur la portion de tête de raccordement 3 de la portion de paroi épaisse, doit être de 0,03 à 0,15 fois le diamètre extérieur du tuyau, est que la résistance se détériore, à cause de la concentration d'une contrainte, si le rayon 30 est inférieur à 0,03 fois, et que les surfaces de contact effectif de la bride 3' par rapport à la rondelle et au manchon diminuent s'il dépasse 0,15 fois. 2. La raison pour laquelle le rayon de la courbure R2 de la portion B, se prolongeant sur la portion droite du tuyau de la portion de la paroi épaisse, doit être de 0,3 à 1,5 fois le diamètre extérieur du tuyau est qu'un effet suffisant pour atténuer la concentration d'une contrainte ne peut pas être obtenu, si le rayon est inférieur à 0,3 fois et que la longueur de la portion de paroi épaisse 4 augmente s'il dépasse 1,5 fois, par conséquent, la contrainte du processus de flexion augmente, ce qui n'est pas positif. 3. La raison pour laquelle la dimension maximale du diamètre w de la portion de paroi épaisse doit être de 0,25 à 0,4 fois la longueur maximale de la projection diamétrale W de la portion de la tête de raccordement est qu'un effet suffisant de la portion de paroi épaisse 4 ne peut pas être obtenu si la dimension 10 est inférieure à 0,25 et que les surfaces de contact effectif de la bride 3' par rapport à la rondelle et au manchon diminuent si elle dépasse 0,4 fois. De plus, la raison pour laquelle la paroi conique 14 doit être conforme aux conditions de 4 à 7 comme décrit ci-dessus est la suivante. 4. La raison pour laquelle l'angle 0 de la paroi conique s'étendant en arrière et se prolongeant sur la portion droite du tuyau par rapport à l'axe du tuyau doit être de 7 à 15 degrés, est qu'il se produit la concentration d'une contrainte sur la portion A de la paroi conique se prolongeant sur la portion de la tête de raccordement 3 à cause de l'effort de flexion ou à des phénomènes semblables et, par conséquent, la résistance à la fatigue diminue si l'angle est inférieur à 7 20 degrés et qu'il se produit une concentration de contrainte similaire sur la portion B de la paroi conique se prolongeant sur la portion droite du tuyau et, par conséquent, la résistance mécanique à la fatigue diminue si l'angle dépasse 15 degrés. 5. La raison pour laquelle le rayon de la courbure R1 de la portion A de la paroi conique se prolongeant sur la portion de la tête de raccordement 3 doit être de 0,03 à 0,15 fois le diamètre extérieur du tuyau est que la résistance diminue à cause de la concentration d'une contrainte si le rayon est inférieur à 0,03 fois et que les surfaces de contact effectif de la bride 3' par rapport à la rondelle et au manchon diminuent si le rayon dépasse 0,15 fois. 6. La raison pour laquelle le rayon de la courbure R2 de la portion B de la paroi conique se prolongeant sur la portion droite du tuyau doit être de 0,3 à 1,5 fois le diamètre extérieur du tuyau est qu'un effet suffisant pour atténuer la concentration d'une contrainte ne peut pas être obtenu si le rayon est inférieur à 0,3 fois et que la longueur de la portion de paroi conique 14 augmente si le rayon dépasse 1,5 fois et par conséquent la contrainte sur le processus de flexion augmente, ce qui n'est pas positif. 7. La raison pour laquelle la dimension diamétrale maximale w de la paroi conique doit être de 0,25 à 0,4 fois la longueur maximale de projection diamétrale W de la portion de la tête de raccordement 3 est qu'un effet suffisant de la paroi conique 14 ne peut pas être obtenu si la dimension est inférieure à 0,25 fois et que les surface de contact effectif de la bride 3' par rapport à la rondelle et au manchon diminuent si la dimension dépasse 0,4 fois. Exemples Exemple 1 Le résultat d'un essai sur les caractéristiques de fatigue réalisé sur un tuyau d'injection de carburant à haute pression, équipé d'une portion de paroi épaisse conforme aux conditions de 1 à 3, décrites ci-dessus, et sur un tuyau d'injection de carburant à haute pression, issu de la technologie connexe, ayant une structure sans la portion de paroi épaisse, tel que montré dans la figure 5, utilisant un tuyau métallique épais et de petit diamètre mesurant 3 mm de 20 diamètre intérieur et 6,35 de diamètre extérieur, composé de STS 410, est illustré par le tableau 1. Comme il est démontré par les résultats du tableau 1, dans le tuyau d'injection de carburant à haute pression selon la présente invention, la concentration d'une contrainte sur une portion sous tête d'une portion de la tête de 25 raccordement a été atténuée et, par conséquent, la contrainte générée peut être réduite en comparaison avec le tuyau issu de la technologie connexe. Tableau 1 Portion avec Pièce testée N paroiépaisse Contrainte max. (MPa) R1 R2 w (mm) (mm) (mm) 1 0,2 3 0,5 197 2 0,3 3 0,5 203 3 0,4 3 0,5 206 Invention 4 0,4 4 0,5 207 0,2 9,5 0,5 197 6 1,0 3 1,45 149 Exemple Exempale 0,4 - 0,4 252 comparatif Exemple 2 Le résultat d'un essai des caractéristiques de fatigue réalisé sur un tuyau d'injection de carburant à haute pression, ayant une portion de paroi épaisse, conforme aux conditions de 4 à 7, décrites ci-dessus, et un tuyau d'injection de carburant à haute pression, issu de la technologie connexe, ayant une structure sans la portion de paroi épaisse tel que montré dans la figure 5, utilisant un tuyau 10 métallique épais et de petit diamètre, mesurant 4 mm de diamètre intérieur et mm de diamètre extérieur, composé de STS 410, est illustré par le tableau 2. Comme il est démontré par les résultats du tableau 2, dans cet exemple également, dans le tuyau d'injection de carburant à haute pression selon à la présente invention, la concentration d'une contrainte sur une portion sous tête 15 d'une portion de la tête de raccordement a été atténuée et, par conséquent, la contrainte générée a pu être réduite, en comparaison avec le tuyau issu de la technologie connexe. Tableau 2 Paroi conique Pièce testée N 0 RI R2 W Contrainte max. (MPa) () (mm) (mm) (mm) 1 7,5 0,3 1 0,5 228 Invention 2 10 0,3 1 0,5 237 3 15 0,3 1 0,5 203 Exemple 1 0 0,4 - 0,4 252 comparatif 2 4 0,3 1 0,5 240 Applicabilité industrielle Comme décrit ci-dessus, avec le tuyau d'injection de carburant à haute 5 pression selon la présente invention, étant donné que la portion de paroi épaisse ou de paroi conique se prolongeant sur la portion droite du tuyau, satisfaisant les conditions adéquates, est appliquée sur la portion sous tête de la portion de la tête de raccordement, la concentration d'une contrainte sur la portion à proximité de la portion sous tête peut être atténuée et, par conséquent, la résistance mécanique 10 peut être améliorée. Par conséquent, un effet majeur est obtenu, car les dommages de fissuration et de flexion, causés par un effort de flexion ou des phénomènes du même type, provoqués par les vibrations, peuvent être atténués ou prévenus de façon significative, ce qui permet d'obtenir un raccord stable et de le maintenir sur une longue durée. REVENDICATIONS 1. Tuyau d'injection de carburant à haute pression, comprenant un tuyau métallique épais (1) et de petit diamètre et une portion de tête de raccordement (3), intégralement formée à l'extrémité de celui-ci, la portion de la tête de raccordement ayant le diamètre augmenté par moulage/gauchissement et 5 étant formée avec une surface de siège de compression (2) par rapport à la surface de siège d'un joint pour le côté associé sur le bord extérieur du côté raccordement, dans lequel une portion sous tête de la portion de la tête de raccordement (3) est formée d'une portion de paroi épaisse (4) conforme aux conditions 10 suivantes: un rayon de courbure R1 d'une portion A de la portion de paroi épaisse (4) se prolongeant sur la portion de la tête de raccordement est de 0,03 à 0,15 fois le diamètre extérieur du tuyau; un rayon de courbure R2 d'une portion B se prolongeant à partir de la 15 portion A de la portion de paroi épaisse (4) vers une portion droite du tuyau (1) est de 0,3 à 1,5 fois le diamètre extérieur du tuyau; et une dimension diamétrale maximale w de la portion de paroi épaisse (4) est de 0,25 à 0,4 fois la longueur maximale de projection diamétrale W de la portion de la tête de raccordement (3). 2. Tuyau d'injection de carburant à haute pression selon la revendication 1, dans lequel le tuyau d'injection de carburant à haute pression est formé d'un tuyau (1) en acier au carbone pour tuyaux à haute pression, un tuyau en acier inoxydable ou un tuyau en matériau composite de ces derniers. 3. Tuyau d'injection de carburant à haute pression selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la portion de la tête de raccordement (3) est formée avec un profil curviligne tronqué ayant une surface de siège de compression (2) sphérique sur le bord extérieur de celle-ci. 4. Tuyau d'injection de carburant à haute pression selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les dimensions du tuyau métallique épais (1) et 30 de petit diamètre sont de l'ordre de 4,5 mm à 20 mm pour le diamètre du tuyau et de 1,0 mm à 5,0 mm pour le diamètre intérieur. 5. Tuyau d'injection de carburant à haute pression, comprenant un tuyau métallique épais (1) et de petit diamètre et une portion de tête de raccordement (3) entièrement formée à l'extrémité de celui-ci, la portion de la tête de raccordement (3) ayant son diamètre augmenté par moulage/gauchissement et 5 étant formée avec une surface de siège de compression (2) par rapport à la surface du siège d'un joint pour le côté associé sur le bord extérieur, côté de raccordement, dans lequel la portion sous tête de la portion de la tête de raccordement (3) est formée avec une paroi conique (14) conforme aux conditions suivantes: 1_0 un angle 0 de la paroi conique (14) s'étendant en arrière et se prolongeant vers la portion droite du tuyau (1) par rapport à l'axe du tuyau est de 7 à 15 degrés; un rayon de courbure R1 d'une portion A de la paroi conique se prolongeant vers la portion de la tête de raccordement (3) est de 0,03 à 0,15 fois 15 le diamètre extérieur du tuyau (1); et un rayon de courbure R2 d'une portion B de la paroi conique (44) se prolongeant vers la portion de la tête de raccordement (3) est de 0,3 à 1, 5 fois le diamètre extérieur du tuyau (1); et une dimension diamétrale maximale w de la paroi conique (14) = de 0,25 20 à 0,4 fois une longueur de projection diamétrale maximale W de la portion de la tête de raccordement (3). 6. Tuyau d'injection de carburant à haute pression selon la revendication 5, dans lequel le tuyau d'injection de carburant à haute pression est formé d'un tuyau (1) en acier au carbone pour les tuyaux à haute pression, d'un 25 tuyau en acier inoxydable ou d'un tuyau en matériau composite de ces derniers. 7. Tuyau d'injection de carburant à haute pression selon la revendication ou 6, dans lequel la portion de tête de raccordement (3) du tuyau d'injection de carburant à haute pression est formée avec un profil curviligne tronqué ayant une surface de siège de compression (2) sphérique sur le bord extérieur de celle-ci. 3 o 8. Tuyau d'injection de carburant à haute pression selon la revendication 5 ou 6, dans lequel les dimensions du tuyau métallique épais (1) et de petit diamètre sont de l'ordre de 4,5 mm à 20 mm pour le diamètre du tuyau et de 1,0 à 5,0 mm pour le diamètre intérieur.