Brevet FR2923406A3 — publié le 20090515

FR 2923406 A3 20090515 FR 0707844 A 20071108 DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé d'hydroérosion d'un trou traversant une paroi métallique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans l'hydroérosion d'un trou d'une buse destinée à l'injection de carburant dans un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE De façon générale, un moteur à combustion interne comporte au moins un injecteur pourvu d'une buse pour injecter du carburant dans une chambre de combustion. Afin d'optimiser les performances du moteur, le jet de carburant dans la chambre de combustion doit être finement pulvérisé pour garantir un mélange homogène entre l'air et le carburant dans la chambre de combustion. Pour cela, la buse est munie de plusieurs petits trous permettant la sortie du carburant sous pression dans la chambre de combustion. Les performances du moteur sont également améliorées si le coefficient de débit de la buse est augmenté. La valeur de ce coefficient de débit dépend notamment du débit hydraulique de carburant à travers la buse, du nombre de trous traversant la buse (par exemple, une dizaine), du diamètre de sortie des trous de la buse (de l'ordre de la centaine de microns), de la forme des trous, de l'état de surface (rugosité) des trous, etc... Afin d'homogénéiser le mélange air/carburant, il est connu d'augmenter le nombre de trous percés sur la buse en réduisant le diamètre de chaque trou. Après perçage, les trous sont hydroérodés, par exemple par le passage d'un matériau érodant dans les trous dans le sens d'écoulement du carburant. Cette hydroérosion a pour but d'ajuster le débit de chaque trou, d'améliorer la géométrie de leur surface interne et de leurs entrée et sortie. Cependant, les trous obtenus après hydroérosion dans le sens de l'écoulement du carburant présentent encore des irrégularités importantes sur leur surface interne. La présence de ces irrégularités peut induire un encrassement des trous de la buse, ce qui réduit le débit hydraulique et donc le coefficient de débit de la buse. OBJET DE L'INVENTION Par rapport à l'Etat de la technique précité, la présente invention propose un procédé d'hydroérosion permettant d'optimiser la géométrie et la qualité de la surface interne de trous traversant une paroi métallique. Elle propose également une utilisation de ce procédé pour l'hydroérosion des trous d'une buse d'injection d'un moteur à combustion interne, ce qui permet d'augmenter le coefficient de débit de la buse, et donc d'améliorer les performances du moteur. Plus particulièrement, selon l'invention, le procédé d'hydroérosion d'un trou traversant une paroi métallique par injection d'un matériau érodant à travers ledit trou comporte au moins deux étapes : - dans une première étape, on injecte ledit matériau érodant selon un premier sens d'écoulement à travers ledit trou, - dans une deuxième étape, on injecte ledit matériau érodant dans le sens inverse du premier. Ce procédé permet de mieux contrôler la qualité de la surface interne du trou obtenu. En effet, les travaux de recherche effectués dans le cadre de l'invention ont montré que le profil des trous des buses obtenus après un hydroérodage dans un seul sens n'était pas régulier. Le passage du matériau érodant contribue notamment à la formation d'irrégularités situées près de la sortie du trou dans le sens d'écoulement du fluide injecté. Une deuxième injection de matériau érodant de la sortie vers l'entrée du trou permet de limiter la formation de ces irrégularités. Selon une première caractéristique avantageuse du procédé conforme à l'invention, la durée d'injection totale dudit matériau érodant successivement dans les deux sens d'injection est inférieure à une minute. Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé conforme à l'invention, la pression d'injection dudit matériau érodant dans chaque sens d'injection est comprise entre 50 et 500 bars. Selon une caractéristique particulière du procédé conforme à l'invention, le matériau érodant est une huile abrasive. Dans le cas de l'utilisation d'une huile abrasive, le procédé conforme à l'iinvention est particulièrement avantageux car il permet de réduire, voire d'éliminer, les irrégularités particulièrement importantes observées sur la surface interne des trous ayant subis une hydroérosion dans un seul sens par ce type de matériau érodant. L'invention concerne également une utilisation de ce procédé pour hydroéroder un trou d'une buse d'un injecteur de carburant d'un moteur à combustion interne. L'utilisation du procédé selon l'invention est particulièrement avantageuse pour hydroéroder les trous d'une buse d'un injecteur de carburant, car la géométrie et la qualité de la surface interne des trous doivent être précisément ajustées afin d'optimiser les caractéristiques du jet de carburant en sortie du trou. Dans une telle utilisation, avantageusement, la durée d'injection dudit matériau érodant à travers la buse dans le sens inverse du sens d'écoulement du carburant est comprise entre 1 et 30 secondes, et inférieure à la durée d'injection du matériau érodant à travers la buse dans le sens d'écoulement du carburant. La durée d'injection du matériau érodant dans le sens inverse du sens de l'écoulement du carburant est avantageusement courte afin de ne pas dégrader les caractéristiques géométriques de la sortie du trou. En outre, il est préférentiel que la pression d'injection dudit matériau érodant à travers la buse dans le sens inverse du sens d'écoulement du carburant soit comprise entre 50 et 500 bars et inférieure à la pression d'injection du matériau érodant à travers la buse dans le sens d'écoulement du carburant. La pression d'injection du matériau érodant dans le sens inverse de l'écoulement du carburant est avantageusement diminuée par rapport à la pression d'injection dans le sens d'écoulement du carburant afin de dégrader le moins possible les caractéristiques géométriques de la sortie du trou. Préférentiellement encore, le premier sens d'injection du matériau érodant est le sens d'écoulement du carburant dans le trou, c'est-à-dire de l'intérieur de la buse vers l'extérieur. Enfin, ici, dans une telle utilisation, avantageusement on hydroérode un trou de forme conique. Dans le cas d'un trou de forme conique, le procédé conforme à l'invention est particulièrement avantageux, car il permet d'atténuer, voire d'éliminer, le renflement qui se forme de façon reproductible proche de la sortie du trou après hydroérosion dans le sens d'écoulement du carburant. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés, - la figure 1 est une vue schématique de l'extrémité d'une buse d'un injecteur de carburant d'un moteur à combustion interne; et - la figure 2 est une vue de détail d'un trou de la buse de la figure 1 adapté au passage du carburant. Un injecteur de carburant permet l'apport de carburant dans une chambre de combustion d'un cylindre d'un moteur à combustion interne. II cornprend une buse 10, comme représenté sur la figure 1, dont l'extrémité est de forme globalement conique et creuse. L'extrémité de la buse 10 est métallique, et sa paroi 3 a une épaisseur P typiquement comprise entre 0,6 et 1 mm. Cette paroi 3 est percée en général de 5 à 20 trous 1, 1', de préférence 6 à 8 trous, de diamètres compris par exemple entre 50 et 200 microns dans les véhicules particuliers, adaptés au passage du carburant depuis l'intérieur de la buse 10 vers la chambre de combustion à l'extérieur de l'extrémité de la buse 10. En variante, d'autres géométries peuvent être envisagées pour l'extrémité de la buse 10. La buse 10 représentée sur la figure 1 fonctionne ici avec une aiguille 4. La forme de l'extrémité de cette aiguille 4 est adaptée à s'ajuster à la forme intérieure de l'extrémité de la buse 10 de façon à obturer les trous 1, 1' de manière étanche, comme représenté sur la figure 1. En outre, l'aiguille 4 peut glisser à l'intérieur de la buse 10 le long de la paroi interne 5 de celle-ci afin de libérer une entrée E des trous 1, 1' de l'extrémité de la buse 10. La buse 10 est alimentée par du carburant sous pression (2000 bars au maximum). Lorsque l'aiguille 4 libère l'entrée E des trous 1, 1', un espace libre se forme entre l'aiguille 4 et la paroi interne 5 de la buse 10, qui se remplit immédiatement de carburant sous pression. Ce carburant s'écoule alors à travers les trous 1, 1' vers la chambre de combustion dont la pression maximale atteint 180 bars. Le passage du carburant sous pression à travers les trous 1, 1' de très faibles diamètres permet la pulvérisation du carburant dans la chambre de combustion 3. Comme représenté sur la figure 2, la géométrie idéale du trou 1 de l'extrémité de la buse 10 considérée ici est dite conique, c'est-à-dire que le trou 1 est de forme tronconique, avec une base circulaire de plus grand diamètre D2 correspondant à l'entrée E du trou 1 dans le sens de l'écoulement de carburant, et une base circulaire de plus petit diamètre Dl correspondant à la sortie S du trou 1 dans le sens de l'écoulement. Le diamètre D2 de l'entrée E est par exemple d'environ 116 microns, tandis que le diamètre Dl de la sortie S est par exemple d'environ 108 microns. Alternativement, le trou 1 percé peut être de géométrie quelconque, par exemple, cylindrique. Le trou 1 traversant la paroi 3 de l'extrémité de la buse 10 présente ici une profondeur P typiquement comprise entre 0,6 et 1 mm. Les trous 1 sont percés grâce à une électrode selon un procédé connu de l'homme du métier. En variante, ils peuvent être percés par tout autre moyen, par exemple par perçage au laser. Le perçage permet de contrôler le diamètre du trou 1, mais celui-ci peut présenter une surface interne 23 irrégulière. On définit le profil d'un trou 1 de la buse 10 comme le contour de l'intersection existant entre la surface interne 23 latérale de ce trou 1 et un plan passant par un diamètre du trou 1. Afin d'améliorer la qualité de la surface interne 23 obtenue après le perçage, et d'augmenter ainsi le coefficient de débit de la buse 10, on procède, selon le procédé conforme à l'invention, à une hydroérosion par injection d'un matériau érodant dans le trou 1 percé. Sur la figure 2, on a représenté en trait plein le profil idéal 2 d'un trou 1 conique que l'on souhaite obtenir après les étapes de perçage et d'hydroérosion. Selon l'invention, le procédé d'hydroérosion du trou 1 comporte deux étapes. Dans la première étape a), on injecte le matériau érodant dans le trou 1 dans le sens d'écoulement du carburant, de l'entrée E vers la sortie S du trou 1. On a représenté sur la figure 2, en trait pointillé, l'allure typique du profil réel 21 obtenu après le perçage et la première étape a) précitée. Les matériaux érodants couramment utilisés sont des huiles abrasives ou bien des pâtes abrasives bien connues de l'homme du métier. Ici, le matériau érodant comprend par exemple un liquide de viscosité faible proche de celle du carburant, et des particules abrasives, par exemple métalliques. L'étape a) d'hydroérosion dans le sens d'écoulement du carburant permet d'ajuster le débit du trou 1 à un débit cible proche du débit souhaité pour le trou 1 dans des conditions d'utilisation normales, à savoir environ 20 mm3 par coup. Cependant la surface interne 23 obtenue n'est pas parfaite. Comme représenté sur la figure 2, le profil réel 21 du trou 1 après une première étape a) d'hydroérosion dans le sens de l'écoulement de carburant comporte encore des irrégularités, et notamment un renflement 22 annulaire de diamètre faible proche de la sortie S du trou 1. Par exemple, pour un trou 1 de 0,75 mm de profondeur, un tel renflement 22 s'étendrait de 0,15 à 0,35 mm de la sortie environ, et correspondrait à une déviation H d'environ 0,75 microns du profil idéal, le trou 1 ayant au sommet du renflement 22 un diamètre D3 d'environ 108,7 microns, pour un diamètre d'entrée D2 de 116 microns et un diamètre de sortie Dl de 107,8 microns. La présence d'un tel renflement 22 peut entraîner par exemple la formation d'une zone de stagnation du carburant en aval de celui-ci, et favoriser ainsi l'encrassement du trou 1, ce qui diminue le coefficient de débit du trou 1. Selon le procédé, dans une deuxième étape b), on injecte le matériau érodant dans le trou 1 dans le sens inverse du sens de l'écoulement, c'est-à-dire, de la sortie S vers l'entrée E du trou 1. La durée totale d'injection du matériau érodant dans les deux sens est typiquement inférieure à une minute. Avantageusement, la durée de l'injection du matériau érodant dans le sens inverse du sens de l'écoulement de carburant est inférieure à celle de l'injection dans le sens de l'écoulement. La durée de l'injection du matériau érodant dans le sens inverse du sens de l'écoulement de carburant est optimisée afin que, à l'issue des deux étapes du procédé, le renflement 22 soit absent ou d'étendue très limitée et que la géométrie de la sortie S du trou 1 permette le passage d'un jet de carburant de caractéristiques satisfaisantes. La pression d'injection du matériau érodant est d'environ quelques centaines de bars pour chaque étape, par exemple comprise entre 50 et 500 bars. On peut envisager que la pression imposée pour l'injection du matériau érodant dans le sens inverse du sens de l'écoulement du carburant soit moins forte que la pression imposée dans le sens de l'écoulement de carburant, afin de préserver la géométrie de la sortie S du trou 1. L'injection du matériau érodant à travers le trou 1 est réalisée par tout moyen connu de l'homme du métier. Alternativement, on peut envisager d'inverser les deux étapes. En variante, on peut également envisager un nombre quelconque d'étapes d'hydroérosion où le matériau érodant est injecté alternativement dans un sens puis dans l'autre sens. L'injection du matériau érodant dans le trou 1 successivement dans les deux sens permet d'atténuer les irrégularités de la surface interne 23 du trou 1, et en particulier de limiter la formation du renflement 22 près de la sortie du trou 1. Le coefficient de débit est amélioré, et la buse 10 s'encrasse moins vite. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. Le procédé conforme à l'invention s'applique en particulier aux trous 1, 1' d'une buse 10 quel que soit le mode de fonctionnement de celle-ci. Il s'applique également de manière générale à n'importe quel trou traversant une paroi métallique. REVENDICATIONS 1. Procédé d'hydroérosion d'un trou (1) traversant une paroi métallique par injection d'un matériau érodant à travers ledit trou (1) caractérisé en ce qu'il 5 cornporte au moins deux étapes : - dans une première étape, on injecte ledit matériau érodant selon un premier sens d'écoulement à travers ledit trou (1), - dans une deuxième étape, on injecte ledit matériau érodant dans le sens inverse du premier. 10 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la durée d'injection totale dudit matériau érodant successivement dans les deux sens d'injection est inférieure à une minute. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la pression d'injection dudit matériau érodant dans chaque sens d'injection est 15 comprise entre 50 et 500 bars. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau érodant est une huile abrasive. 5. Utilisation du procédé selon l'une des revendications précédentes, pour hydroéroder un trou (1) d'une buse (10) d'un injecteur de carburant d'un 20 moteur à combustion interne. 6. Utilisation du procédé selon la revendication précédente, dans laquelle la durée d'injection dudit matériau érodant à travers la buse (10) dans le sens inverse du sens d'écoulement du carburant est comprise entre 1 et 30 secondes, et inférieure à la durée d'injection du matériau érodant à travers la buse (10) dans 25 le sens d'écoulement du carburant. 7. Utilisation du procédé selon l'une des deux revendications précédentes, dans laquelle la pression d'injection dudit matériau érodant à travers la buse (10) dans le sens inverse du sens d'écoulement du carburant est comprise entre 50 et 500 bars et inférieure à la pression d'injection du matériau érodant à 30 travers la buse (10) dans le sens d'écoulement du carburant. 8. Utilisation du procédé selon l'une des revendications 5 à 7, dans laquelle le premier sens d'injection du matériau érodant est le sens d'écoulement du carburant dans le trou (1), c'est-à-dire de l'intérieur de la buse (10) vers l'extérieur de la buse (10). 35 9. Utilisation du procédé selon l'une des revendications précédentes, pour hydroéroder un trou (1) de forme conique.