Brevet FR2890703A1 — publié le 20070316

Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation de filtre pour nettoyer un fluide notamment un carburant alimentant un moteur à combustion, comportant une cartouche de filtre dont l'extrémité frontale supérieure comporte un col tubulaire constituant un ajutage pour la sortie du fluide filtré, le col constituant une séparation entre le côté non filtré et le côté filtré de l'installation de filtre, et le col ayant un orifice de passage pour évacuer l'air du côté non filtré vers le côté filtré. L'invention concerne également une installation de filtre pour nettoyer un fluide comprenant une conduite d'alimentation de fluide non filtré, un branchement pour évacuer le fluide filtré et un orifice de passage pour évacuer l'air de la conduite d'alimentation en fluide non filtré vers le branchement de sortie du fluide filtré. Etat de la technique Le carburant alimentant les moteurs à combustion n'est habituellement pas totalement nettoyé, mais mélangé à de l'air et à des saletés. Les saletés dans le carburant risquent d'entraîner par leur combustion, une plus forte usure du moteur à combustion. C'est pour-quoi il faut éliminer la saleté du carburant à l'aide d'un filtre à carburant. L'air qui se trouve dans le carburant doit être séparé si possible avant le filtrage car sinon des bulles d'air qui se forment à la surface du filtre s'accumulent dans l'espace supérieur du filtre à carburant. L'air réduit la surface efficace du filtre, diminue la fonction de filtrage et ainsi la durée de vie de la cartouche de filtre. De plus, l'air s'accumule dans la zone supérieure de la cartouche de filtre et réduit de ce fait sa surface efficace au segment inférieur de la cartouche de filtre. C'est pourquoi les filtres à carburant comportent des installations d'évacuation d'air ou de purge. Selon l'état de la technique, on connaît différentes solu- tions pour des installations de purge ou d'évacuation d'air appliquées à des filtres à liquides. De telles installations d'évacuation d'air sont par exemple logées dans un boîtier comprenant un branchement d'alimentation et un branchement de sortie de carburant. Les installations d'évacuation d'air sont réalisées par l'intermédiaire d'un canal de dérivation entre le côté d'entrée du carburant non filtré et le côté de sortie du carburant filtré ; ces installations comportent par exemple un flotteur en forme de bille qui peut fermer le canal de dérivation à la manière d'un clapet antiretour. Le clapet anti-retour assure ce que seule-ment de l'air et non du carburant puisse s'échapper par le canal de dérivation. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une installation de filtre du type défini ci-dessus ayant une installation d'évacuation d'air ou de purge économique à fabriquer, simple à entretenir et néanmoins très efficace. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne une installation de filtre du type défini ci-dessus caractérisée en ce qu'un élément de filtre le fluide traversant l'orifice de passage. Une caractéristique de base de l'invention consiste à placer un filtre supplémentaire par exemple sous la forme d'une crépine notamment du côté non filtré de l'installation de filtre, là où s'accumule l'air qui se dégage. Ce filtre ou cet élément de filtre a pour but de filtrer le carburant passant par cet orifice de passage et si de l'air doit être évacué vers le côté filtré, il faut retenir les particules de saleté entraînées par l'air. Ainsi à la fois du carburant et de l'air peuvent traverser l'orifice de passage selon l'invention sans que ne se produise un transfert de saleté vers le côté filtré. L'installation d'évacuation d'air ou de purge est notamment très efficace pour séparer de l'air sans réduire la séparation de saleté ou de particules. Ainsi l'invention permet de manière économique de respecter la spécification concernant notamment les filtres à carburant. Un orifice de passage seul, s'il était trop grand permet-trait aux particules de saleté d'arriver sur le côté filtré du passage de carburant ou s'il était trop petit, se boucherait rapidement et n'assurerait plus sa fonction. C'est pourquoi, selon l'invention, il est prévu un élément de filtre sous la forme d'un tamis ou d'une membrane perméable à l'air installée devant l'orifice de passage. L'expression membrane désigne une paroi mince, poreuse permettant de séparer des liquides et des gaz. Un avantage de l'installation d'évacuation d'air selon l'invention est que l'orifice ou le perçage de passage ne se bourre pas rapidement mais que seul le tamis (à mailles fines) est encrassé après un certain temps d'utilisation. Un tel tamis ou élément de filtre peut facilement se nettoyer ou se remplacer contrairement à une ins- tallation d'évacuation d'air difficilement accessible dans un boîtier lors-que l'encrassage est trop important ou que l'élément est bouché, car l'élément de filtre selon l'invention est facilement accessible au col de la cartouche de filtre au moment d'une intervention d'entretien pour être enlevé. L'élément de filtre peut en outre être remplacé séparément ou avec la cartouche de filtre. La cartouche de filtre est une pièce de rem-placement ou d'usure qu'il faut changer régulièrement. Ainsi selon l'invention deux pièces de remplacement sont regroupées dans un dis-positif de filtre. L'installation d'évacuation d'air ou de purge selon l'invention peut être transposée à de nombreux types de filtres destinés à d'autres applications comme par exemple des filtres à huile. L'invention a également pour objet une installation de filtre du type défini ci-dessus comprenant un élément de filtre installé dans la veine d'air en amont de l'orifice de passage, et dont la surface de l'élément de filtre susceptible d'être traversée est supérieure à la surface traversée au point le plus étroit de l'orifice de passage. Cette solution peut être réalisée de deux manières. D'une part l'élément de filtre peut être installé à une certaine distance de l'orifice de passage et former un espace intermédiaire entre l'élément de filtre et l'orifice de passage, l'élément de filtre ayant une surface de passage plus importante que l'orifice de passage. D'autre part, l'orifice de passage peut avoir une surface d'entrée plus grande que la surface de sortie. De manière préférentielle, au moins un segment initial de l'orifice de passage est réalisé sous la forme d'une buse. La buse est dans ce contexte un canal de passage de section variable et cette varia- tion de section est continue ou étagée de façon à augmenter la vitesse du fluide qui passe. Une telle buse offre des avantages de mécanique des fluides. Elle crée une meilleure aspiration d'air au niveau de la surface d'entrée de l'orifice de passage et à la sortie de l'orifice de pas-sage, elle assure un meilleur effet de pulvérisation c'est-à-dire que l'on a une répartition plus fine de l'air dans le fluide filtré. Selon l'invention, par exemple pour du carburant du côté filtré, l'air sera mélangé plus régulièrement que si l'orifice de passage est un perçage de diamètre constant sur toute la longueur. De façon avantageuse, la surface de l'élément de filtre est plus grande que la plus petite surface traversée de l'orifice de passage selon un rapport de l'ordre de jusqu'à 500 000 fois plus grand et de préférence jusqu'à 200 000 fois plus grand. Si la surface d'aspiration est ainsi plus grande, on ne risque pas que l'orifice de passage se bouche rapidement. Ce coefficient maximum des surfaces est possible dans une réalisation selon laquelle le filtre est de forme annulaire écarté de l'orifice de passage et cet orifice de passage se trouve dans l'anneau. Dans le cas d'un élément de filtre fixé directement à l'orifice de passage avec une buse, le coefficient du rapport des surfaces est avantageuse-ment de l'ordre de 50 à 5 000 et de préférence de l'ordre de 200 à 2 000. Pour qu'aucune particule de saleté mais exclusivement de l'air ne passe dans l'orifice de passage, à son endroit le plus réduit cet orifice est calibré à un diamètre de l'ordre d'environ 0,05 - 0,7 mm et notamment d'environ 0,1 - 0,6 mm et de préférence d'environ 0,35 mm. Le point le plus étroit de l'orifice de passage dans la direction d'écoulement de l'air est prévu à la sortie de l'orifice de passage vers le côté de fluide filtré car alors, on aura un effet de pulvérisation maxi-mum, recherché, permettant un bon mélange de l'air avec le liquide filtré. Pour que seul de l'air puisse passer par l'orifice d'évacuation d'air, l'élément de filtre comporte des pores de tailles différentes et le diamètre maximum d'un pore est de l'ordre de 1 - 40 m et notamment compris entre environ 5 et 30 m et de préférence de l'ordre de 20 m. Les particules de saleté qui ont en général une dimension de l'ordre de 100 m ne peuvent ainsi passer le tamis ou l'élément de filtre. De plus, selon l'invention, pour augmenter le temps d'utilisation, on utilise de préférence des éléments de filtre à plusieurs couches avec des pores de dimensions différentes pour les différentes couches. De tels éléments de filtre peuvent utiliser des couches avec des pores de diamètre supérieur à 40 m. Pour pouvoir fabriquer l'élément de filtre de manière économique pour son application à un filtre à carburant et avec une très grande précision de fabrication et une bonne fiabilité, l'élément de filtre est fabriqué de préférence en un polymère résistant au carburant par exemple en PTFE. En variante, l'élément de filtre ou le tamis peut également être fabriqué en un métal ou une céramique, poreux, résistant au carburant. Ces matériaux préférentiels pour l'élément de filtre sont suffisamment résistants vis à vis du bio gazole, du FAME, de l'urée ou de l'essence biologique. Pour protéger les ressources en matière, la surface de l'élément de filtre en forme de tamis a de préférence une surface d'environ 25 - 100 cm2 notamment d'environ 50 - 75 cm2 et de préférence d'environ 60 cm2. Les formes de surface de l'élément de filtre peu-vent être un cercle ou un rectangle pour être installées notamment directement en amont de l'orifice de passage. En variante, la forme de la surface peut être un court cylindre creux en forme d'anneau notamment installé à une certaine distance de l'orifice de passage. De façon avantageuse, l'élément de filtre est installé de manière fixe au col de la cartouche de filtre. On crée ainsi une pièce de montage en une seule partie de faible encombrement, légère et économisant de la matière et qui de plus se fabrique avec peu d'opérations. En outre, lors du remplacement de la cartouche de filtre, on peut également remplacer l'élément de filtre sans que cela n'entraîne un travail supplémentaire. On économise ainsi une étape d'entretien et du temps consacré à l'entretien. Pour pouvoir échanger séparément l'élément de filtre, cet élément peut être une pièce distincte et être engagé notamment sur le col de la cartouche de filtre. L'élément de filtre ou le tamis peuvent être intégrés dans une couronne remplaçable ou un anneau et être écartés du col de façon à envelopper un angle de 360 ou une surface d'enveloppe cylindrique pour le passage de l'air. Cela améliore significativement l'effet d'évacuation d'air. Une telle installation d'évacuation d'air minimise en outre l'accès des particules de saleté à l'orifice de pas- sage et favorise le passage de l'air par tous les côtés. Enfin il est avantageux de prévoir plusieurs orifices de passage avec un élément de filtre installé en amont dans le sens du passage pour évacuer l'air. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation d'une installation de filtre représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un filtre à carburant avec une installation de filtre correspondant à un premier mode de réali-10 sation de l'invention; - la figure 2 est une coupe longitudinale de l'installation de filtre selon le premier mode de réalisation; - la figure 3 est une vue à échelle agrandie de la zone de col de l'installation de filtre selon la figure 2; - la figure 4 est une vue en perspective de l'installation de filtre selon la figure 2 avant l'assemblage; - la figure 5 est une vue en perspective d'une installation de filtre selon un second mode de réalisation; - la figure 6 est une vue en perspective d'une installation de filtre se-20 lon l'invention correspondant à un troisième mode de réalisation; et - la figure 7 est une vue de dessus de l'installation de filtre de la figure 6. Description détaillée de modes de réalisation La figure 1 est une coupe longitudinale d'un filtre à car- burant 10 destiné à nettoyer du carburant alimentant un moteur à combustion non représenté ; ce filtre comporte une cartouche 12 de forme essentiellement cylindrique. La cartouche de filtre 12 présente à son extrémité frontale supérieure, un col 14 tubulaire formant un branchement 16 pour la sortie du fluide filtré. Le col 14 constitue une cloi- son de séparation entre le côté non filtré 18 et le côté filtré 20 du filtre à carburant 10. Le col 14 comporte un orifice de passage 22 qui n'apparaît pas à la figure 1 et sert à évacuer l'air du côté non filtré 18 vers le côté filtré 20. La cartouche de filtre 12 est placée dans un boîtier de 35 filtre 24 fermé par un couvercle 26. Le couvercle 26 comporte un aju- tage d'alimentation 28 et un ajutage 16 pour la sortie du fluide. Pour améliorer l'installation d'évacuation d'air 34, le col 14 comporte un élément de filtre 32, annulaire. En outre une installation de chauffage non représentée ou une installation d'évacuation de l'eau également non représentée équipe le filtre à carburant 10. Le filtre à carburant 10 fonctionne comme suit: le carburant non filtré arrive dans le filtre à carburant 10 par l'ajutage d'alimentation 28. Du côté frontal supérieur de la cartouche de filtre 12, le carburant à filtrer entoure la surface enveloppe de la cartouche 12 et rince celle-ci. L'air s'accumule de manière préférentielle contre la face supérieure de la cartouche de filtre 12. L'air provient du carburant qui se mélange faiblement à de l'air. Comme l'air risque de réduire le bon fonctionnement et la durée de vie de la cartouche de filtre 12, si l'air s'accumulait au niveau de la surface de filtre de la cartouche de filtre 12, il est nécessaire de prévoir une installation d'évacuation d'air ou de purge 34. L'installation d'évacuation d'air 34 conduit l'air accumulé du côté non filtré 18 du fluide vers le côté filtré 20 du fluide. L'air qui s'est accumulé du côté non filtré 18 traverse l'élément de filtre 32 en forme de tamis annulaire, de tous côtés autour du col 14 et traverse l'orifice de passage 22. Du côté filtré 20 du carburant, l'air se mélange à nouveau au carburant pour alimenter le moteur à combustion non représenté, par l'ajutage 16. La figure 2 montre la cartouche de filtre 12 avec le col 14 et un élément de filtre 32 annulaire selon une coupe longitudinale à échelle agrandie sans le boîtier de filtre 24. La figure 3 est une vue à échelle agrandie de la zone entourant le col 14 de la cartouche de filtre 12 de la figure 2. Cette vue montre que l'installation d'évacuation d'air 34 avec l'élément de filtre 32 cylindrique creux et l'orifice de passage 32 se situe dans la direction axiale sensiblement au milieu du col 14. L'orifice de passage 22 de ce mode de réalisation préférentiel est muni du côté d'entrée d'une buse 36 en forme d'entonnoir pour prendre ensuite une forme de segment de trou cylindrique 38 de diamètre (d). Cette forme présente les avantages de mécanique de fluide décrits ci-dessus, de sorte que la veine d'air est accélérée dans la buse 36 pour se détendre du côté filtré 20 et mieux se mélanger au carburant car il y a un effet de pulvérisation. L'orifice de passage 22 au point le plus étroit (de préférence à la sortie de l'orifice de passage 22) a un diamètre de trou (d) ca- libré sur environ 0,35 mm. L'élément de filtre 32 est un tamis de grande surface à mailles fines d'une dimension de pore ou de mailles de tailles différentes; le diamètre maximum des pores est de l'ordre de 20 m. L'élément de filtre 32 retient notamment les particules de saleté d'une dimension moyenne de 100 m en laissant néanmoins passer l'air. La surface de l'élément de filtre 32 correspond à un multiple de la surface de la section d'entrée et notamment de la surface de la section de sortie de l'orifice de passage 22. Pour le mode de réalisation tel que représenté, la surface de l'élément de filtre 32 correspond à la surface du point le plus étroit de l'orifice de passage 22 multiplié par un coefficient d'environ 100 000. La surface de l'élément de filtre 32 correspond environ 100 cm2. En fonction de la quantité de carburant à filtrer et du mode de réalisation correspondant à une application déterminée, la surface de l'élément de filtre 32 représente environ 25 100 cm2 notamment environ 50 - 75 cm2 et de préférence environ 60 cm2. Cela se traduit par une durée de fonctionnement d'évacuation d'air, prolongée pour l'installation d'évacuation d'air 34. Le matériau dans lequel est fabriqué l'élément de filtre 32 en forme de tamis est de préférence une matière plastique résistant au carburant c'est-à-dire un polymère ou aussi de préférence un métal correspondant à des spécifications définies; toutefois il ne s'agit ni de caoutchouc ni de métal fritté car vis à vis des nouveaux carburant en particulier du bio gazole, FAME, urée ou bio essence, ces matériaux ne sont pas suffisamment résistants. Ces nouveaux matériaux préféren- tiels peuvent être fabriqués grâce à un procédé de fabrication de grande qualité et avec des tolérances requises et la porosité du tamis pour obtenir le degré de séparation de particules, requis. Comme cela apparaît bien à la figure 4, l'élément de filtre 32 est intégré dans un support annulaire 40 ou est surmoulé par celui- ci et lors du montage ou du remplacement, l'élément est engagé par le support 40 sur le col tubulaire 14. Le support 40 est muni de deux annaux superposés reliés par six entretoises axiales. Le remplacement du support 40 avec l'élément de filtre 32 peut se faire de manière simple et indépendamment de l'échange des filtres à carburant 10. De plus, le support 40 assure l'écartement radial de l'élément de filtre 32 tout autour du col 14 notamment dans la zone médiane du col 14, à hauteur de l'orifice de passage 22 alors que les deux anneaux d'appui du support 40 s'appliquent étroitement contre le col 14 par un ajustage direct. Le col 14 est ainsi étanche par rapport au fluide et on forme un espace intermédiaire étanche entre l'élément de filtre 32 et l'orifice de passage 22. La figure 5 montre un second mode de réalisation d'un élément de filtre 32 en forme de surface circulaire couvrant l'orifice de passage 22 du col 14 de la cartouche 12. Ce mode de réalisation ne né- cessite que très peu de matière pour l'élément de filtre 32. Les figures 6 et 7 montrent en perspective et en vue de dessus un autre mode de réalisation préférentiel de l'élément de filtre 32. Cet élément de filtre 32 de ce mode de réalisation est constitué par une bande rectangulaire fixée latéralement au col 14 et couvrant par- tiellement l'orifice de passage 22 et dépassant partiellement de celui-ci sur le côté. La figure 6 montre la bande sous la forme d'une membrane installée sur le col 14. La figure 7 montre l'installation de l'élément de filtre 32 avec l'orifice de passage 22 au col 14 à l'état monté et terminé. Un tel mode de réalisation permet une économie de poids, d'encombrement et de matière pour l'élément de filtre 32. L'installation d'évacuation d'air 30 avec l'élément de filtre 32 est en outre remplacée automatiquement lors d'une intervention d'entretien lorsqu'on remplace la cartouche de filtre 12. lo REVENDICATIONS 1 ) Installation de filtre (30) pour nettoyer un fluide notamment un carburant alimentant un moteur à combustion, comportant une cartouche de filtre (12) dont l'extrémité frontale supérieure comporte un col tubulaire (14) constituant un ajutage (16) pour la sortie du fluide filtré, le col (14) constituant une séparation entre le côté non filtré (18) et le côté filtré (20) de l'installation de filtre (30), et le col (14) ayant un orifice de passage (22) pour évacuer l'air du côté non filtré (18) vers le côté filtré (20), 1 o caractérisée par un élément de filtre (32) qui filtre le fluide traversant l'orifice de passage (22). 2 ) Installation de filtre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de filtre (32) est installé en amont de l'orifice de passage (22) dans le sens de l'écoulement. 3 ) Installation de filtre pour nettoyer un fluide selon la revendication 1, comprenant une conduite d'alimentation (28) de fluide non filtré, un ajutage (16) pour la sortie du fluide filtré, et un orifice de passage (22) pour évacuer l'air de la conduite d'alimentation (28) du fluide non filtré vers le branchement de sortie (16) de fluide filtré, caractérisée par un élément de filtre (32) installé en amont de l'orifice de passage (22) dans le sens de l'écoulement, dont la surface de l'élément de filtre (32) traversée pour l'essentiel est supérieure à la surface traversée du point le plus étroit de l'orifice de passage (22). 4 ) Installation de filtre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'orifice de passage (22) présente à son point le plus étroit un diamètre de trou (d) compris entre environ 0,05 et environ 0,7 mm et notamment entre environ 0,1 et environ 0,6 mm et de préférence calibré à environ 0,35 mm. 5 ) Installation de filtre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de filtre (32) est constitué par des pores de dimensions différentes et le diamètre maximum d'un pore est compris entre environ 1 et environ 40 m, notamment entre environ 5 et 30 m et de préférence de l'ordre de 20 m. 6 ) Installation de filtre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de filtre (32) est fabriqué en un polymère résistant au carburant. 7 ) Installation de filtre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de filtre (32) est fabriqué en un métal et/ou une céramique résistant au carburant. 8 ) Installation de filtre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de l'élément de filtre (32) correspond à environ 25 -100 cm2 et notamment environ 50 - 75 cm2 et de préférence environ 60 cm2. 9 ) Installation de filtre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de filtre (1) fait corps en une seule pièce avec le ou un col (14) de la cartouche de filtre (12). 10 ) Installation de filtre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de filtre (32) est un composant distinct sur lequel est engagé le ou un col (14) de la cartouche de filtre (12).