Brevet FR3033598A1 — publié le 20160916

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une bougie de pré- chauffage de carburant de système d'alimentation de carburation Flex d'un moteur à explosion, destinée à être installée dans la chambre de préchauffage associée à un injecteur et alimentée en carburant par une rampe, la chambre comportant un support formant un siège d'étanchéité en aval d'un filetage dans lequel est vissée la bougie de préchauffage, la bougie ayant un élément chauffant composé d'une enveloppe tubulaire logeant un filament chauffant relié d'une part à l'enveloppe pour le retour électrique à la masse et une électrode centrale débouchant de l'enveloppe pour le branchement du connecteur constructeur, et un corps de bougie dans lequel est fixé l'élément chauffant, ce corps étant vissé dans le support de la chambre de préchauffage. L'invention se rapporte à une bougie de préchauffage de carburant pour équiper un système d'alimentation et de carburation d'un moteur à combustion interne utilisant différents types de carburant tels que l'essence, le bioéthanol ou un mélange de ceux-ci, y compris de l'éthanol pur (super éthanol E85) ou du super sans plomb. Un tel système d'alimentation est habituellement appelé système d'alimentation « Flex ». Le système d'alimentation Flex nécessite le préchauffage du carburant pour le mettre à la température adéquate pour son injection dans le moteur. Il se compose, côté moteur, d'une rampe de carburant sous pression portant des chambres de préchauffage équipées de bougies de préchauffage et reliées à la rampe pour recevoir le carburant et le réchauffer à la température appropriée, par exemple 70°C pour son injection dans le cylindre par un injecteur associé à cette chambre de préchauffage. Etat de la technique On connaît déjà une bougie de préchauffage de carburant du type défini ci-dessus pour un système d'alimentation Flex. Cette bougie (1A) est représentée en demi-coupe à la figure 5 avec la vue de détail de l'extrémité inférieure du corps de la bougie à la figure 5A et son implantation dans la structure 200 du système Flex à la figure 6. 3033598 2 Selon les figures 5 et 6, la bougie de préchauffage 1A, connue, se compose d'un élément chauffant 10A composé d'une enveloppe tubulaire 11A logeant une résistante chauffante 12A reliée d'une part à l'enveloppe tubulaire et d'autre part à l'électrode centrale 13A 5 dont l'extrémité filetée 131A sort de la bougie de préchauffage. La bou- gie a un corps 14A serré sur l'enveloppe tubulaire 11A. Ce corps 14A comporte une extrémité inférieure ayant une surface conique 141A constituant une surface d'étanchéité destinée à coopérer avec le siège d'étanchéité de la structure Flex 200. Le corps 14A comporte également 10 un filetage 142A pour être vissé dans la structure Flex et une prise d'outil 143A, par exemple en forme de six-pans. L'intérieur du corps 14A débouche en partie haute par une entrée conique 144A et un lamage 145A pour recevoir un joint d'étanchéité 40 et une rondelle d'isolation 41, l'ensemble étant serré contre cette partie du corps par un 15 écrou circulaire 43 vissé sur l'extrémité 131A de l'électrode centrale 13A. L'extrémité 131A dépassant de l'écrou circulaire 43 reçoit le connecteur constructeur, c'est-à-dire l'élément de liaison électrique propre à chaque constructeur de moteurs. La figure 5A montre à échelle agrandie la surface conique 20 141A formant la surface d'étanchéité du bord inférieur du corps 14A. La bougie de préchauffage lA connue est installée dans la structure d'alimentation Flex 200 représentée en coupe à la figure 6. Cette structure se compose d'une rampe d'alimentation 230 recevant le carburant. La rampe 230 porte des chambres de préchauffage 240 de 25 forme tubulaire, recevant chacune une bougie de préchauffage de car- burant 1A. La chambre de préchauffage 240 est munie d'un emplacement 250 recevant l'injecteur de façon à alimenter celui-ci en carburant réchauffé, habituellement à une température de l'ordre de 70°. La partie supérieure ouverte de la chambre de préchauf- 30 fage 240 comporte un support 244 en forme d'entonnoir dont l'extrémité inférieure (selon l'orientation des dessins) forme un siège d'étanchéité 245 et au-dessus de celui-ci, le support comporte un filetage intérieur 246. La bougie de préchauffage lA est vissée dans le support 244 par son filetage extérieur 142A; son bord inférieur formant surface 3033598 3 conique 241A d'étanchéité s'applique contre le siège d'étanchéité 245 du support 244. Cette conception de la bougie de préchauffage lA pré- sente un certain nombre d'inconvénients liés aux défauts de fiabilité de 5 l'étanchéité entre la bougie de préchauffage lA et le siège d'étanchéité 245 de la chambre de préchauffage 240. En effet, l'angle du cône d'étanchéité 141A du corps est très voisin de l'angle du siège d'étanchéité 245 du support 244. Lorsqu'on serre la bougie lA par son corps, la paroi s'appuie contre le cône 10 d'étanchéité de la bougie de préchauffage avec une pression surfacique réduite. Le corps 14A de la bougie lA est réalisé en acier inoxy- dable par décolletage de sorte qu'il est peu résistant et risque d'être rayé et endommagé facilement. Or, la plus petite déformation de la surface 15 d'étanchéité ou de l'arête d'étanchéité se traduit par une fuite de carbu- rant dans les conditions actuelles d'utilisation qui sont celles de l'injection indirecte sous une pression d'environ 5 bars. L'injection directe ne peut s'envisager car une telle bougie de préchauffage ne peut être utilisée pour l'injection directe d'essence 20 sous des pressions de l'ordre de 100-250 bars. Il y a également un risque potentiel de défaut d'étanchéité au niveau du montage serré reliant le corps 14A et l'élément chauffant 10A car la mise en pression sous l'effet de l'éthanol/essence et selon la pression appliquée, expulse plus ou moins rapidement la graisse utili- 25 sée pour le montage. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une bou- gie de préchauffage pour un système d'alimentation Flex remédiant aux inconvénients cités ci-dessus et permettant d'assurer une étanchéité 30 efficace et fiable entre la bougie de préchauffage et la chambre de pré- chauffage dans laquelle elle est installée, sans compliquer la fabrication de la bougie de préchauffage ni la renchérir. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention a pour objet une bougie 35 caractérisée en ce que le corps de la bougie a: 3033598 4 un joint d'étanchéité formé d'un manchon muni d'une collerette ayant une arête d'étanchéité et dont le manchon dimensionné selon le diamètre de l'enveloppe de l'élément chauffant est soudé à celui-ci par une soudure circulaire, et 5 un écrou de serrage muni d'un filetage extérieur pour être vissé dans le filetage du support de la chambre de préchauffage et une prise d'outil ainsi qu'intérieurement, un passage pour recevoir l'enveloppe de l'élément chauffant et une entrée pour recevoir le manchon du joint d'étanchéité fixé à l'enveloppe, de façon que le 10 bord inférieur de l'écrou s'appuie sur la collerette du joint, le joint et l'écrou étant libres en rotation l'un par rapport à l'autre, et la bougie de préchauffage étant vissée dans le filetage du support de la chambre de préchauffage pour pousser le joint d'étanchéité par son arête d'étanchéité contre le siège d'étanchéité 15 du support. La bougie de préchauffage pour un système d'alimentation Flex selon l'invention a l'avantage de résoudre le problème de l'étanchéité entre la bougie et la chambre de préchauffage du carburant grâce à l'étanchéité efficace réalisée entre le joint et le sup- 20 port en forme d'entonnoir à l'entrée de la chambre de préchauffage tout en facilitant la fabrication de la bougie de préchauffage puisque le joint d'étanchéité et l'autre partie du corps, à savoir l'écrou, sont des pièces distinctes fabriquées séparément et cela dans les meilleures conditions d'économie et d'utilisation des matériaux. 25 La bougie de préchauffage se réalise de manière simple et peu coûteuse grâce au corps de la bougie réalisé en deux parties, le joint d'étanchéité et l'écrou et par la liaison solidaire entre le joint et l'enveloppe de l'élément de préchauffage par une soudure périphérique réalisant l'étanchéité entre ces deux éléments. La dissociation du joint 30 d'étanchéité et de l'écrou simplifie également l'étanchéité réalisée entre la bougie et la chambre de préchauffage tout en permettant d'exercer des efforts de serrage importants pour réaliser l'étanchéité sans pour autant réduire l'efficacité de la jonction puisque le joint est libre en rotation par rapport à l'écrou. 3033598 5 Suivant une caractéristique avantageuse, la soudure entre le joint d'étanchéité et l'enveloppe de l'élément chauffant est faite au niveau du bord libre du manchon. Suivant une autre caractéristique, le manchon du joint a 5 une longueur sensiblement égale à celle du passage de l'écrou dont l'entrée élargie s'étend ainsi sur toute la longueur ou sur pratiquement toute la longueur du passage de l'écrou pour recevoir le manchon. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'arête d'étanchéité de la collerette est formée par un congé à faible rayon de 10 courbure. Ce rayon de courbure est de préférence compris entre R0.1 et R0.3 (0,1 mm - 0,3 mm). Enfin, selon l'invention, le joint d'étanchéité est réalisé sous la forme d'une pièce emboutie. Dessins 15 La présente invention sera décrite de manière plus détail- lée à l'aide de modes de réalisation d'une bougie de préchauffage de carburant représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe partielle d'une bougie de préchauf- fage de carburant installée dans un système d'alimentation Flex, 20 la figure 2 est une demi-coupe axiale d'un écrou de serrage et d'un joint d'une bougie de préchauffage selon la figure 1, la figure 2A est une vue de détail à échelle agrandie de l'arête d'étanchéité du joint de la figure 2, la figure 3 montre dans ses parties 3A-3D les étapes principales 25 d'assemblage d'un mode de réalisation d'une bougie de préchauf- fage de carburant selon l'invention : * la figure 3A est une vue en coupe axiale de la cartouche chauffante et du joint soudé, * la figure 3B est une vue en coupe axiale analogue à celle de la 30 figure 3A montrant une variante de soudage du joint à l'enveloppe de la cartouche chauffante, * la figure 3C montre la mise en place de l'écrou de serrage sur la cartouche chauffante, * la figure 3D montre, en vue en demi-coupe axiale, la bougie de 35 préchauffage terminée, 3033598 6 la figure 4 montre dans ses parties 4A-4C les étapes d'assemblage d'un autre mode de réalisation d'une bougie de préchauffage de carburant, selon l'invention : * la figure 4A est une demi-coupe axiale d'un joint avec un 5 manchon allongé, * la figure 4B est la première étape d'assemblage de la bougie, * la figure 4C est une demi-coupe de l'écrou de serrage, * la figure 4D est une coupe de l'écrou de serrage installé sur l'élément chauffant muni du joint, 10 * la figure 4E est une coupe de la bougie de préchauffage termi- née, la figure 5 est une vue en coupe partielle d'une bougie de préchauffage de carburant selon l'état de la technique, la figure 5A est une vue en coupe de détail de l'extrémité inférieure 15 du corps de la bougie de la figure 5, la figure 6 est une vue en coupe de la bougie de la figure 5 installée dans la structure d'alimentation Flex. Description de modes de réalisation de l'invention Selon la figure 1, la bougie de préchauffage 1 est présen- 20 tée installée dans la structure Flex 200 composée de la rampe d'alimentation en carburant 230 portant les chambres de préchauffage de carburant 240 reliées chacune à un emplacement 250 recevant un injecteur non représenté. La chambre de préchauffage 240 communique avec la rampe 230 par un orifice 241 et avec l'emplacement de 25 l'injecteur par un orifice 242. La rampe 230 a une forme tubulaire portant les chambres de préchauffage 240, elles aussi de forme tubulaire et associées chacune à un injecteur relié solidairement à sa chambre de préchauffage 240 pour alimenter le moteur. 30 L'ensemble formé par la rampe 230 et les chambres de préchauffage 240 ainsi que les emplacements de montage 250 de l'injecteur constitue un ensemble relativement rigide formé par l'assemblage de tubes profilés de section appropriée. La chambre de préchauffage 240 est de volume limité 35 pour loger une bougie de préchauffage 1 et chauffer efficacement un 3033598 7 volume réduit de carburant tout en offrant une certaine inertie thermique. Le chemin de circulation de carburant entre la rampe 230, la chambre 240 et l'emplacement 250 de montage de l'injecteur est 5 représenté par des flèches F. Le carburant arrivant sous pression de la rampe 230 dans la chambre 240 est réchauffé dans celle-ci par la bougie 1 puis une partie du carburant de la chambre est prélevée par l'injecteur associé pour son injection. 10 La chambre de préchauffage 240 est ouverte dans sa par- tie supérieure 243. Elle intègre un support 244 en forme d'entonnoir réalisant le siège d'étanchéité 245 pour la bougie de préchauffage 1. Le support 244 fixé à la partie supérieure 243 de la chambre 240 et de forme creuse a un filetage intérieur 246 avec, en ex- 15 trémité, le siège d'étanchéité 245. La bougie de préchauffage 1 se compose d'un élément chauffant 10 logé dans une enveloppe tubulaire 11, d'un joint d'étanchéité 20 et d'un écrou de serrage 30 recevant le joint d'étanchéité 20. 20 L'enveloppe tubulaire 11 dont l'extrémité inférieure est fermée, loge un filament chauffant 12 dont une extrémité est reliée à l'enveloppe 11 et l'autre à une électrode centrale 13 traversant axiale-ment l'enveloppe 11 et dont l'extrémité filetée 131 débouche de cette enveloppe. 25 L'électrode centrale 13 est maintenue isolée dans l'enveloppe 11 par un manchon isolant 132 et par de la poudre isolante compactée entre d'une part l'électrode 13 et le filament 12 et d'autre part, l'enveloppe 11. Le joint d'étanchéité 20 (figures 1 et 2) se compose d'un 30 manchon 21 avec une collerette 22 dont l'arête extérieure 221 forme une arête d'étanchéité. Selon le détail de la figure 2A, cette arête 221 a un faible rayon de courbure correspondant à une surface de finition, par exemple un rayon de 0,3 mm pour un exemple de collerette 22 ayant un dia- 35 mètre extérieur d'environ 10 mm. 3033598 8 Le joint 20 est une pièce emboutie dont le diamètre intérieur correspond sensiblement au diamètre extérieur courant de l'enveloppe tubulaire 11. La collerette 22 se prolonge par le manchon 21. 5 L'écrou 30 combiné au joint 20 pour former le corps de la bougie 1 (figures 1 et 2) est une pièce creuse munie d'un filetage extérieur 31 et en partie haute, d'une prise d'outil 32 autour du débouché évasé de l'écrou. Le passage 33 de l'écrou se termine par une forme intérieur conique 331 et un lamage 332 pour recevoir respectivement un 10 joint d'étanchéité 40 et une rondelle d'isolation 41 emmanchés sur l'extrémité 131 de l'électrode centrale 13 avec un écrou circulaire 42 pour serrer l'assemblage 40, 41. L'autre extrémité de l'écrou 30, au-delà du filetage 31, se termine par un bord inférieur 34 destiné à s'appuyer sur la collerette 22 15 du joint 20. Près du bord inférieur 34, le passage 33 a une entrée cylindrique 333 de diamètre D1 égal (avec du jeu) au diamètre extérieur D2 du manchon 21 alors que le diamètre intérieur D3 du joint 20 (manchon-collerette 21, 22) est de préférence égal, au jeu près, au diamètre 20 extérieur de l'enveloppe 11. Il en est de même du diamètre D4 du pas- sage 33 au-delà de l'entrée cylindrique 333. La longueur axiale L de l'entrée 333 est légèrement supé- rieure à celle du manchon 21 au-dessus de la collerette 22. Dans un cas extrême, l'entrée 333 occupe la longueur axiale du passage 33. 25 La figure 3 montre dans ses parties 3A-3D différentes étapes de l'assemblage de la bougie de préchauffage de carburant 1 selon l'invention correspondant à un premier mode de réalisation. Partant de l'élément chauffant 10, assemblé, on installe sur celui-ci un joint d'étanchéité 20 que l'on fixe à l'enveloppe 11 soit 30 par une soudure 50 sur le bord libre 211 du manchon 21 du joint 20, soit pour une soudure 51 comme cela est représenté à la figure 3, dans une position intermédiaire du manchon 21. La soudure 50 ou 51 est une soudure périphérique faite par laser fermant de manière étanche l'intervalle entre le manchon 22 du joint 20 et l'enveloppe 11 de 35 l'élément chauffant 10. 3033598 9 Après cette mise en place et solidarisation du joint 20, on installe (figure 3C) l'écrou de serrage 30 sur l'enveloppe 11 de l'élément chauffant 10, en appui sur la collerette 21 du joint 20. Après cette mise en place, on installe le joint d'étanchéité 40, et la rondelle d'isolation 41 5 sur l'extrémité 131 filetée de l'électrode centrale 13 et on comprime les éléments 40, 41 à l'aide d'un écrou 42 vissé sur l'extrémité filetée 131 contre la forme conique 331 et le lamage 332 de la partie évasée de l'écrou 30. La bougie de préchauffage 1 est alors prête à être installée dans la structure Flex comme cela est représenté à la figure 1. 10 La figure 4, dans ses parties 4A-4E, montre une variante de réalisation de la bougie de préchauffage 1'. Dans cette variante (figure 4A), le joint 20' comporte une collerette 22' et un manchon 21' de longueur axiale (Lx) importante par rapport à la longueur du passage 33 de l'écrou 30. La collerette 22' a une arête d'étanchéité 221'. Ce joint 20' 15 est fixé par une soudure 52 à l'enveloppe 11 de l'élément chauffant (fi- gure 4B). Cette soudure 52 faite par laser à travers le manchon 21' est une soudure périphérique fermant de manière étanche l'intervalle entre le manchon 21' et l'enveloppe 11. La figure 4C est une vue en demi-coupe montrant la 20 forme de l'écrou 30' avec son filetage extérieur 31' et sa prise d'outil 32' ainsi que son passage 33' avec sa forme conique 331' et son lamage 332' ainsi que son bord inférieur 34'. Cette forme est analogue à celle de l'écrou 30 de la figure 2 sauf que le passage 33' est occupé sur toute sa longueur axiale par l'entrée 333' de sorte que son diamètre intérieur est 25 égal au diamètre extérieur du manchon 21' du joint 20', au jeu près. L'écrou 30' est installé sur l'élément chauffant 10 auquel on fixe le manchon 20' (figure 4B). Puis on met en place le joint d'étanchéité 40 et la rondelle d'isolation 41 en les bloquant à l'aide de l'écrou 42 sur l'extrémité filetée 131 de l'électrode centrale 13 (figure 30 4E). 3033598 10 NOENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1, 1' Bougie de préchauffage de carburant 10 Elément chauffant 11 Enveloppe 5 12 Filament chauffant 13 Electrode centrale 131 Extrémité filetée 132 Manchon isolant 20, 20'Joint d'étanchéité 10 21, 21'Manchon 211 Bord libre du manchon 20 22, 22' Collerette 221, 221' Arête d'étanchéité 30, 30' Ecrou de serrage 15 31, 31' Filetage extérieur 32, 32' Prise d'outil 33, 33' Passage 331, 331' Forme conique 332, 332' Lamage 20 333, 333' Entrée cylindrique 34, 34'Bord inférieur Joint d'étanchéité 41 Rondelle d'isolation 43 Ecrou circulaire 25 200 Structure Flex 230 Rampe d'alimentation 240 Chambre de préchauffage 241 Orifice 242 Orifice 30 243 Partie supérieure de la chambre 244 Support en forme d'entonnoir 245 Siège d'étanchéité 246 Filetage intérieur 250 Emplacement de l'injecteur 35 lA Bougie de préchauffage connue 3033598 10A Elément chauffant 11A Enveloppe tubulaire 12A Filament chauffant 13A Electrode centrale 5 131A Extrémité filetée 14A Corps de la bougie 141A Surface conique 142A Filetage 143A Prise d'outil 10 144A Entrée conique 145A Lamage 15 11 REVENDICATIONS1°) Bougie de préchauffage de carburant de système d'alimentation de carburation Flex d'un moteur à explosion, destinée à être installée dans la chambre de préchauffage associée à un injecteur et alimentée en car- burant par une rampe, la chambre comportant un support formant un siège d'étanchéité en aval d'un filetage dans lequel est vissée la bougie de préchauffage, bougie ayant un élément chauffant composé d'une enveloppe tubulaire logeant un filament chauffant relié d'une part à l'enveloppe pour le retour électrique à la masse et une électrode centrale dé- bouchant de l'enveloppe pour le branchement du connecteur constructeur, et un corps de bougie dans lequel est fixé l'élément chauffant, ce corps étant vissé dans le support de la chambre de préchauffage, bougie caractérisée en ce que le corps de la bougie (1, 1') a: un joint d'étanchéité (20, 20') formé d'un manchon (21, 21') muni d'une collerette (224) ayant une arête d'étanchéité (221), le manchon (21, 21') dimensionné selon le diamètre de l'enveloppe (11) de l'élément chauffant (10) étant soudé à celui-ci par une soudure cir- culaire (50, 51, 52), et un écrou de serrage (30, 30') muni d'un filetage extérieur (31, 31') pour être vissé dans le filetage (246) du support (244) de la chambre de préchauffage (240) et une prise d'outil (32, 32') ainsi qu'intérieurement, un passage (33, 33') pour recevoir l'enveloppe (11) de l'élément chauffant (10) et une entrée (333, 333') pour rece- voir le manchon (21, 21') du joint d'étanchéité (20, 20') fixé à l'enveloppe, de façon que le bord inférieur (34, 34') de l'écrou (30, 30') s'appuie sur la collerette (22, 22') du joint (20, 20'), le joint (20, 20') et l'écrou (30, 30') étant libres en rotation l'un par rapport à l'autre, et la bougie de préchauffage (1, 1') étant vissée dans le filetage (246) du support (244) de la chambre de préchauffage (240) pour pousser le joint d'étanchéité (20, 20') par son arête d'étanchéité (221, 221') contre le siège d'étanchéité (245) du support (244). 3033598 13 2°) Bougie de préchauffage de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que le manchon (21) du joint (20) est soudé (50) à l'enveloppe (11) au niveau de son bord libre (211). 5 3°) Bougie de préchauffage de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que le manchon (21') du joint (20') a une longueur (Lx) sensiblement égale à celle du passage (33') de l'écrou (30') dont l'entrée (333') élargie s'étend 10 sur toute la longueur du passage (33') pour recevoir le manchon (21'). 4°) Bougie de préchauffage de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arête d'étanchéité (221, 221') de la collerette (21, 21') est formée par un 15 congé avec un faible rayon de courbure. 5°) Bougie de préchauffage de carburant selon la revendication 4, caractérisée en ce que le rayon de courbure est compris entre R0.1 et R0.3. 6°) Bougie de préchauffage de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité (20, 20') est une pièce emboutie. 20 25