FR2955273A1 - Doigt d'etancheite pour une tubulure a utiliser pour l'injection de carburant haute pression et tubulure a utiliser pour l'injection de carburant haute pression utilisant le doigt d'etancheite - Google Patents

Abstract

Doigt d'étanchéité (20) doté d'une fente (22) qui est prévue au niveau d'un centre axial d'une extrémité du doigt d'étanchéité insérée dans un orifice (23) d'une tubulure et qui possède un fond (22') et une circonférence de l'extrémité du doigt d'étanchéité qui rentre en contact avec une conicité à l'intérieur de l'orifice (23) de tubulure, où la circonférence de l'extrémité du doigt d'étanchéité subi une déformation dans la région élastique par le biais d'une pression interne super-élevée et se met en contact avec la conicité

Description

DESCRIPTION DOIGT D'ETANCHEITE POUR UNE TUBULURE A UTILISER POUR L'INJECTION DE CARBURANT HAUTE PRESSION ET TUBULURE A UTILISER POUR L'INJECTION DE CARBURANT HAUTE PRESSION UTILISANT LE DOIGT D'ETANCHEITE Domaine technique La présente invention a trait à un doigt d'étanchéité destiné à assurer l'étanchéité d'une conicité à un intérieur d'un orifice d'une tubulure à utiliser pour l'injection de carburant haute pression pour l'autofrettage de la tubulure à utiliser pour l'injection de carburant haute pression sous une pression super-élevée et à une tubulure à utiliser pour l'injection de carburant haute pression utilisant le doigt d'étanchéité.

ART ANTERIEUR Auparavant, comme le montrent DE 102006054440 B3, la Publication de Brevet Japonais Non Examiné No. 2004-92551, etc., on connaissait des techniques destinées à prévenir de manière durable une rupture par fatigue au niveau de la rampe d'injection sous pression et d'autres tubulures à utiliser pour l'injection de carburant haute pression, c'est-à-dire, des techniques permettant d'appliquer une pression élevée dans un état hermétique de manière à laisser une contrainte résiduelle dans la microstructure du matériau et accroître ainsi la résistance (autofrettage). En même temps que l'élévation des réglages de pression du système de carburant diesel, on augmente également la pression interne dans l'autofrettage. Plus particulièrement, lorsqu'on applique une pression interne de 800 Mpa ou plus, il est nécessaire d'éviter une fuite au niveau des orifices de raccordement des tubulures. Dans ce cas, les manchons d'étanchéité disponibles dans le commerce présentent des résistances aux pressions de scellement trop basses et finissent par avoir des fuites, ce qui les rend inutilisables comme joints.

Dans DE102006054440 B3, des pointes d'étanchéité en forme de cônes sont pressées contre des ouvertures d'une pièce de travail en appliquant une pression à l'aide d'un cylindre hydraulique moyennant quoi les pointes d'étanchéité assurent l'étanchéité des ouvertures de la pièce de travail. Il est donc possible d'accroître la force qui permet d'amener les pointes d'étanchéité à assurer l'étanchéité des ouvertures de la pièce de travail de manière proportionnelle à la pression interne. Dans un tel système de joints, la régulation de la pression du cylindre hydraulique permettant d'assurer l'équilibre avec la pression interne devient compliquée. Une pompe hydraulique, une soupape de commande de la réponse à action rapide, et divers autres accessoires sont alors nécessaires, et il en résulte une augmentation des coûts.

Etant donné que les pièces de travail sont transportées par un système de plateformes, par automatisation par un tel système, les coûts des équipements de plateformes deviennent très importants. Par ailleurs, les types des pièces de travail qui sont transportées par les plateformes ne sont pas toujours les mêmes. Dans ce cas, les positions des ouvertures des pièces de travail au niveau des plateformes ne sont pas toujours des positions constantes. Pour cette raison, au moment de l'automatisation, le raccordement des ouvertures des pièces de travail et des pintes d'étanchéité destinées à en assurer l'étanchéité est extrêmement difficile et on rencontre des problèmes de réglage lorsqu'on change de types.

RESW DE L'INVENTION La présente invention a été élaborée à la lumière des problèmes ci-dessus et fournit un doigt d'étanchéité destiné à assurer l'étanchéité d'une conicité à l'intérieur de l'orifice d'une tubulure à utiliser pour l'injection de carburant haute pression pour l'autofrettage de la tubulure à utiliser pour l'injection de carburant haute pression avec une pression super-élevée et une tubulure à utiliser pour l'injection de carburant haute pression utilisant le doigt d'étanchéité. Afin de résoudre ce problème, dans un premier aspect l'invention comprend un doigt d'étanchéité (20) destiné au scellement de l'orifice {23) d'une tubulure à utiliser pour l'injection de carburant haute pression pour l'autofrettage de la tubulure à utiliser pour l'injection de carburant haute pression avec une pression super-élevée, dans lequel le doigt d'étanchéité (20) est doté d'une fente (22) qui est prévue au niveau d'un centre axial d'une extrémité du doigt d'étanchéité insérée dans l'orifice (23) de la tubulure et qui a un fond (22') et une circonférence {25) d'extrémité du doigt d'étanchéité qui rentre en contact avec une conicité (23') à l'intérieur de l'orifice (23) de la tubulure, dans lequel la circonférence (25) de l'extrémité du doigt d'étanchéité subit une déformation dans la région élastique par une pression interne super-élevée et se met en contact avec la conicité (23».

Il en résulte que même avec la pression super-élevée à l'autofrettage, il est possible de prévenir une fuite vers l'orifice de la tubulure et il est possible d'éliminer la régulation de pression du cylindre hydraulique pour l'équilibrage avec la pression interne, la pompe hydraulique, la soupape de commande de réponse à action rapide et les autres accessoires. En particulier, la fente prévue au niveau du centre axial du doigt d'étanchéité est soumise à la pression interne, de sorte que la circonférence de l'extrémité du doigt d'étanchéité subit une déformation dans la région élastique en raison de la pression interne super-élevée et rentre intimement en contact avec la conicité avec une forte résistance de pression d'étanchéité. Dans un premier mode de réalisation préférée de l'invention, la coupe transversale de la circonférence (25) de l'extrémité du doigt d'étanchéité possède une forme en arc. Il est donc possible d'assurer une pression superficielle éliminant toute fuite des parties en contact. Dans un deuxième mode de réalisation préférée de l'invention, les parties de bord du fond (22') de la fente (22) sont prévues avec un arrondi ou le fond (22') est sphérique. On peut donc fortement supprimer la contrainte générée et augmenter la capacité en termes de pression d'un matériau exempt de rupture par fatigue.

Dans un troisième mode de réalisation de l'invention, en réalisant l'autofrettage avec une valeur maximale de la pression interne de 800 Mpa ou plus, en désignant le diamètre intérieur de la conicité (Dl) par "1, les dimensions de forme du doigt d'étanchéité sont un diamètre externe (D2) de la circonférence (26) du doigt d'étanchéité d'environ 1,08, un diamètre interne (d) de fente d'environ 0,7, et une profondeur de fente (Hl) d'environ 0,4. Dans un quatrième mode de réalisation préférée de l'invention, le matériau du doigt d'étanchéité a un module d'Young de 210 Gpa ou plus et une limite élastique de 1500 Mpa ou plus. Dans un deuxième aspect, l'invention comprend une tubulure à utiliser pour l'injection de carburant haute pression qui maintient un doigt d'étanchéité (20) dans un manchon (21), visse le manchon (21) sur un orifice (23) de la tubulure à utiliser pour l'injection de carburant haute pression, et, en réalisant l'autofrettage à une valeur maximale de pression interne de 800 Mpa ou plus, scelle l'orifice (23) de la tubulure par le biais du doigt d'étanchéité (20). On peut donc obtenir des effets similaires de l'invention selon le premier aspect. A noter que les numéros de référence indiqués ci-dessus sont des exemples montrant la correspondance avec des modes de 25 réalisation décrits ci-dessous.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Ces objets et caractéristiques ainsi que d'autres objets et caractéristiques de la présente invention vont clairement 30 ressortir de la description suivante des modes de réalisation préférés donnés en référence aux dessins en annexe, dans lesquels : La figure 1 est une vue en perspective globale de l'art comparatif formant la base de la présente invention, 35 La figure 2 est une vue en coupe de parties principales de l'art comparatif de la figure 1; La figure 3 est une vue explicative montrant de manière schématique l'art comparatif de la figure 1, La figure 4 est une vue explicative montrant de manière schématique un mode de réalisation de la présente invention, La figure 5 est une vue agrandie montrant des parties principales d'un mode de réalisation de la présente invention ; et La figure 6 est une vue agrandie montrant la partie A de la figure 5.

MODES DE REALISATION DE L'INVENTION Ci-dessous, des modes de réalisation de la présente invention seront expliqués en référence aux dessins. Dans les modes de réalisation, des parties ayant les mêmes constitutions sont désignées par les mêmes numéros de référence, et leur explication ne sera pas abordée. Des parties des modes de réalisation de la présente invention ayant les mêmes constitutions que l'art comparatif formant la base de la présente invention sont également désignées par les mêmes numéros de référence et leurs explication ne sera pas abordée. La figure 1 est une vue en perspective globale de l'art comparatif formant la base de la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe de parties principale de l'art comparatif de la figure 1. La figure 3 est une vue explicative montrant une vue d'ensemble de l'art comparatif de la figure 1.

Avant d'expliquer les modes de réalisation de la présente invention, en se rapportant aux figures 1 à 3, on va expliquer l'art comparatif formant la base de la présente invention. Dans la figure 2, une pièce de travail 1 destinée à l'autofrettage est placée sur une plateforme 10. On insère dans des orifices 23 de tubulure de la pièce de travail 1, des pointes d'étanchéité 5' de forme frustoconique des doigts d'étanchéité 5. Les autres extrémités des doigts d'étanchéité 5 ont des parties pressées. Des parties de pression 8 pressées par des cylindres hydrauliques etc., peuvent s'appuyer contre les doigts d'étanchéité 5 avec une pression P. les doigts d'étanchéité 5 sont dotés de brides 7. Au préalable, des ressorts 9 maintiennent les doigts d'étanchéité 5 vers les orifices 23 de la tubulure de la pièce de travail 1. Comme montré schématiquement par la figure 3, la pièce de travail 1 est scellée en l'état et soumise à une pression interne p (par exemple, pression maximale de 800 Mpa ou plus) afin de laisser une contrainte résiduelle dans la microstructure du matériau de la pièce de travail 1 et accroître ainsi la résistance, c'est-à-dire, pour l'autofrettage. Si on utilise un tel système d'étanchéité, la régulation de la pression du cylindre hydraulique dans un souci d'équilibrage avec la pression interne devient compliquée. Une pompe hydraulique, une soupape de commande de réponse à action rapide, et divers autres accessoires sont alors nécessaires et le coût devient important. En utilisant un tel système pour l'automatisation, étant donné que la pièce de travail est transportée par le système de plateforme, les coûts des équipements de plateformes deviennent importants. De plus, le type des pièces de travail transportées par les plateformes ne sera pas toujours le même. Dans un tel cas, les positions des ouvertures des pièces de travail sur la plateforme ne seront pas toujours constantes. Pour cette raison, en automatisant l'opération, le raccordement entre les ouvertures des pièces de travail et les pointes d'étanchéité pour les rendre étanches devient extrêmement difficile et on rencontre des problèmes de réglage lors des changements de types.

A l'inverse, un mode de réalisation de la présente invention se décline comme suit : La figure 4 est une vue explicative montrant de manière schématique un mode de réalisation de la présente invention. La figure 5 est une vue agrandie montrant des pièces principales d'un mode de réalisation de la présente invention. La figure 6 est une vue agrandie montrant la partie A de la figure 5.

Comme le montrent les figures 4 et 5, la pièce de travail 1 pour l'autofrettage sous une pression super-élevée est dotée d'orifices 23 de tubulures. Les circonférences des orifices 23 de tubulures sont filetées et disposent de manchons 21 qui leurs sont raccordés par vissage. Comme le montre la figure 5, à l'intérieur des manchons 21, des trous 32 sont prévus dans lesquels des doigts d'étanchéité 20 sont insérés. Les numéros de référence 30 et 31 sont des trous de drainage. Chaque doigt d'étanchéité 20 possède une circonférence comprenant une circonférence 26 de doigt d'étanchéité et une circonférence d'extrémité 25 du doigt d'étanchéité. Une partie de la circonférence d'extrémité 25 du doigt d'étanchéité est en contact avec une conicité 23' à l'intérieur d'un orifice 23 de tubulure. De préférence, la circonférence d'extrémité 25 du doigt d'étanchéité a une forme arquée en coupe transversale avec un rayon R1. La forme de la circonférence d'extrémité 25 du doigt d'étanchéité n'est pas limitée à la forme en arc ou à la forme arquée ci-dessus mais peut également avoir une surface incurvée quelconque y compris une surface conique. De plus, au niveau d'un centre axial de l'extrémité du doigt d'étanchéité insérée dans l'orifice 23 de tubulure, une fente 22 ayant un fond 22' est prévue. Au niveau des parties de bord du fond 22' de la fente 22, des parties R sont prévues. Le fond 22' peut également avoir une surface sphérique.

La circonférence de chaque orifice 23 de tubulure est ajustée de sorte qu'en tournant le manchon 21, une partie de la circonférence d'extrémité 25 du doigt d'étanchéité rentre en contact avec la conicité 23' à l'intérieur de l'orifice 23 de tubulure avec une pression prédéterminée.

Comme montré schématiquement par la figure 4, les manchons 21 sont placés sur la pièce de travail en vue d'en assurer l'étanchéité dans un état fermé, ensuite, une pression interne p (par exemple une pression maximale de 800 Mpa ou plus) est appliquée pour laisser une contrainte résiduelle dans la microstructure du matériau de la pièce de travail 1 et accroître ainsi la résistance, c'est-à-dire, pour l'autofrettage. A ce stade, l'intensité de la pression interne p provenant de la source de pression hydraulique est utilisée pour amener une force à agir afin de déformer les doigts d'étanchéité 20 au niveau des faces latérales 22" des fentes 22, c'est-à-dire, dans les directions de la circonférence d'extrémité 25 des doigts d'étanchéité, et en les amenant ainsi à se déformer en gonflant dans la direction radiale. Les fentes 22 prévues au niveau des centres axiaux des extrémités de doigts d'étanchéité sont soumises à la pression interne, de sorte que des parties des circonférences d'extrémité 25 des doigts d'étanchéité se déforment dans la région élastique par la pression interne super-élevée et sont amenées à se mettre intimement en contact avec les conicités 23' avec une forte résistance de pression d'étanchéité. De ce fait, un scellement apte à supporter une pression super-élevée devient possible. Ici, "pression super-élevée" indique la pression utilisée pour une rampe d'injection sous pression utilisée pour un moteur diesel. A titre d'exemple, elle indique une pression d'environ plusieurs centaines de Mpa. La forme d'un doigt d'étanchéité, lorsque la circonférence d'extrémité 25 du doigt d'étanchéité subit une déformation dans la région élastique en raison de la pression interne super-élevée dont la valeur maximale est de 800 Mpa ou plus et rentre en contact avec la conicité 23', sera décrite à titre d'exemple. Les valeurs dimensionnelles ont été déterminées par des expériences et analyses, mais l'invention n'y est pas limitée. Comme le montre la figure 6, en désignant le diamètre interne Dl (Dl se trouvant entre 3 et 5 mm) de la conicité 23' par "1" en réalisant l'autofrettage avec une valeur maximale de la pression interne de 800 Mpa ou plus, les rapports des dimensions de forme de chaque doigt d'étanchéité sont un diamètre externe D2 de la circonférence du doigt d'étanchéité d'environ 1,08, un diamètre interne d de la fente d'environ 0,7, et une profondeur H1 de la fente d'environ 0,4. Le rayon Ri de la circonférence d'extrémité 25 du doigt d'étanchéité peut être, par exemple, d'environ 1/2 du diamètre externe D2. Ici, "environ" signifie dans les 10 % des valeurs numériques respectives.

Dans ce cas, le diamètre externe de chaque doigt d'étanchéité a été réglé sur environ 10% du trou du diamètre intérieur Dl de la conicité 23' (trou à l'intérieur de l'orifice 23 de tubulure) pour permettre un contact fiable avec la conicité 23', mais le diamètre extérieur D2 de la circonférence de doigt d'étanchéité n'est pas limité à environ 1,08 et peut être réglé de façon à permettre un contact fiable avec la conicité 23'. Peuvent également être adéquatement réglés, d'autres rapports correspondants au diamètre externe D2 de la circonférence de doigt d'étanchéité de manière à permettre un contact et une déformation dans la région élastique en raison de la pression interne super-élevée. A titre d'exemple, dans le mode de réalisation ci-dessus, en réalisant l'autofrettage à une valeur maximale de la pression interne 9 de 800 Mpa ou plus, en désignant le diamètre interne de la conicité Dl par "1", les dimensions de forme du doigt d'étanchéité 20 sont une circonférence D2 du doigt d'étanchéité d'une première valeur numérique de 1,08 ou dans les 10% de la première valeur numérique, un diamètre interne de fente (d) d'une deuxième valeur numérique de 0,7 ou dans les 10% de la deuxième valeur numérique, et une profondeur de fente (H1) d'une troisième valeur numérique de 0,4 ou dans les 10% environ de la troisième valeur numérique. L'invention n'est pas limitée aux valeurs numériques de cet exemple. Il suffit de régler de manière adéquate le diamètre externe D2 de la circonférence du doigt d'étanchéité et d'autres rapports de sorte que la circonférence d'extrémité 25 du doigt d'étanchéité subisse une déformation dans la région élastique et puisse rentrer en contact de manière fiable avec la conicité 23' en raison de la pression interne super-élevée. Le matériau du doigt d'étanchéité doit avoir un module d'Young de 210 Gpa ou plus et une limite élastique de 1500 Mpa ou plus. On peut mentionner à titre d'exemple, SKH51 (Norme Industrielle Japonaise) etc., mais il est important que le matériau puisse se déformer dans la région élastique pour établir un contact et ne pas avoir de fuites. Comme le montre la figure 5, il est préférable que le doigt d'étanchéité 20 subisse une déformation dans la région élastique et rentre en contact avec la conicité 23' à l'intérieur de l'orifice 23 de tubulure de sorte qu'une partie de la circonférence d'extrémité 25 du doigt d'étanchéité soit continue avec celle-ci pour adhérer et se lier fermement. De plus, on peut réaliser le contact au niveau des parties de bord de la circonférence la plus à l'intérieur de la conicité 23'. Dans ce cas, la forme de la circonférence d'extrémité 25 du doigt d'étanchéité peut être conique avec un angle de conicité d'environ 60 degrés.

Le raisonnement derrière les onditions de scellement à pression super-élevée avec une valeur maximale de la pression interne de 800 Mpa ou plus se décline comme suit. 1. Assurer une pression superficielle sans fuites au niveau des parties de contact (assurer une force de 15 scellement). 2. Garder la contrainte générée à un niveau bas et satisfaire la capacité en termes de pression d'un matériau sans rupture par fatigue (région élastique même avec déformation).

20 Pour un orifice de tubulure formé avec une embouchure évasée sous forme conique, en ce qui concerne le point 1 ci-dessus, la partie de contact de la circonférence d'extrémité 25 du doigt d'étanchéité est sous forme arquée. En ce qui concerne le point 2 ci-dessus, un coin R (arrondi) est donné 25 au fond 22' de la fente 22. Au titre d'effet du coin R du fond 22' de la fente 22, on peut citer le fait d'éviter une concentration de contraintes et d'assurer une paroi épaisse offrant une plus grande résistance. La procédure (procédé) pour l'autofrettage utilisant les 30 doigts d'étanchéité 20 de la présente invention sera expliquée ci-dessous. Une pièce de travail 1 est fixée à la plateforme 10. Préalablement à l'autofrettage, on réalise une étape dans laquelle les manchons 22 sont fixés aux orifices de tubulure par le biais d'une machine de vissage. Ensuite, on réalise 35 l'autofrettage. Il en résulte que la pièce de travail 1 est soumise à une pression élevée dans un état scellé et une contrainte résiduelle demeure au niveau de la microstructure du matériau élevant ainsi la résistance. Par la suite, dans une étape subséquente, la machine de vissage est utilisée pour retirer les manchons 20 des orifices 23 de tubulure. A noter qu'il n'est pas particulièrement utile de limiter le moyen de transport de la pièce de travail à la plateforme 10. Il doit simplement assurer le positionnement et le transport. Bien que l'invention ait été décrite en se rapportant à des modes de réalisation spécifiques choisis à titre d'illustration, on doit garder à l'esprit que diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier sans s'écarter du concept de base et de l'étendue de l'invention.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS1. Doigt d'étanchéité (20) destiné au scellement d'un orifice (23) d'une tubulure à utiliser pour l'injection de carburant haute pression en vue de l'autofrettage de la tubulure à utiliser pour l'injection de carburant haute pression sous une pression super-élevée, dans lequel le doigt d'étanchéité (20) est doté d'une fente (22) qui est prévue au niveau d'un centre axial d'une extrémité du doigt d'étanchéité insérée dans ledit orifice (23) de la tubulure et qui possède un fond (22') et une circonférence d'extrémité (25) du doigt d'étanchéité qui rentre en contact avec une conicité (23') à l'intérieur dudit orifice (23) de la tubulure, dans lequel ladite circonférence d'extrémité (25) du doigt d'étanchéité subit une déformation dans la région élastique par le biais d'une pression interne de type pression super élevée et rentre en contact avec ladite conicité (23').
2. 2. Doigt d'étanchéité tel que revendiqué dans la revendication 1, dans lequel la coupe transversale de ladite circonférence d'extrémité (25) du doigt d'étanchéité possède une forme en arc.
3. 3. Doigt d'étanchéité tel que revendiqué dans la revendication 1, dans lequel les parties de bord dudit fond (22') de ladite fente (22) sont prévues avec un arrondi ou 25 ledit fond (22) est sphérique.
4. 4. Doigt d'étanchéité tel que revendiqué dans la revendication 1, dans lequel en réalisant l'autofrettage avec une valeur maximale de ladite pression interne de 800 Mpa ou plus, en désignant ledit diamètre interne (Dl) de la conicité 30 par "l, les dimensions de forme dudit doigt d'étanchéité sont un diamètre externe (D2) de la circonférence (26) du doigt d'étanchéité de l'ordre de 1, 08, un diamètre interne (d) de la fente de l'ordre de 0,7, et une profondeur (Hl) de la fente de l'ordre de 0,4. 35
5. 5. Doigt d'étanchéité tel que revendiqué dans la revendication 1, dans lequel le matériau dudit doigt d'étanchéité présente un module de Young de 210 Gpa ou plus et une limite élastique de 1500 Mpa ou plus.
6. 6. Tubulure à utiliser pour l'injection de carburant haute pression qui maintient un doigt d'étanchéité (20) des inventions des revendications 1 à 5 dans un manchon (21), visse le manchon (21) sur un orifice (23) de la tubulure à utiliser pour l'injection de carburant haute pression, et, en réalisant un autofrettage à une valeur maximale en termes de pression interne de 800 Mpa ou plus, scelle ledit orifice (23) de la tubulure par ledit doigt d'étanchéité (20).10