Technique : Les filtres

Le filtre à air

Le filtre à air est un organe destiné à épurer l'air aspiré par le moteur pour éviter que les particules solides (silex par exemple) ne rayent ou n'usent les parois du cylindre et les segments.

La densité de poussière de l'air sur une route goudronnée est en moyenne de 0,001 g de poussière par mètre cube d'air. Cette valeur augmente considérablement sur les routes non pavées ; son maximum est évalué à 0,5g/m3 lorsque la visibilité est nulle.

Ce dernier cas est assez fréquent sur les routes non pavées, soit lorsque l'on suit de près une autre voiture, soit lorsque l'on effectue le parcours un certain temps après le passage d'un véhicule.

La poussière est composée de particules aux dimensions extrêmement variables (de quelques microns jusqu'à 200-250 microns) qui reviennent se déposer sur le sol à des vitesses différentes, les plus fines restant en suspension dans l'air tandis que les plus grosses tombent avec une vitesse de 0,30 à 1 m/mn.

Pour se faire une idée de la quantité de poussière qui s'introduit dans les cylindres, il suffit de savoir qu'un moteur de 2 000 cm3 tournant à 5 000 tr/mn aspire 5 000 litres d'air à la minute. Si un véhicule équipé d'un tel moteur (sans filtre à air) circule sur une route non pavée après le passage d'un autre véhicule (degré de poussière de l'air : 0,2-0,3 g/m3), il introduira dans ses cylindres 1 à 1,5 g de poussière à la minute.

En compétition, on utilise parfois de simples grillages montés sur les cornets du carburateur ou des "kits d'admission directe".

La nécessité d'un filtrage efficace apparaît donc si l'on considère que la poussière est constituée pour 65 à 70 % de silex qui, contrairement aux composantes organiques, n'est pas brûlé dans la chambre de combustion et constitue ainsi un grave danger de rayure des parois de cylindres (les particules provoquant des usures importantes possèdent une granulométrie comprise entre 4 et 30 microns).

Les premiers filtres installés sur les voitures automobiles consistaient essentiellement en couches de fibres textiles ou métalliques ou bien en labyrinthes de séparation. Par la suite, on a amélioré l'action filtrante en couvrant les parois des épurateurs d'une pellicule d'huile destinée à fixer les impuretés.

Après quelque temps d'utilisation, ces filtres devaient être nettoyés à l'essence. On les baignait ensuite dans l'huile pour rétablir la pellicule adhésive. Le modèle actuellement le plus employé est du type sec à cartouche, composé essentiellement de trois parties : cartouche filtrante, silencieux et corps métallique, raccord au carburateur.

Dans les zones très poussiéreuses on se sert de filtres à bain d'huile. Ils se composent d'une conduite d'admission d'air située dans une petite boite à huile ; l'air gargouille dans le bain en se purifiant et traverse ensuite deux filtres à filet métallique dont le premier peut s'enlever pour être nettoyé. Pour des usages particuliers (militaire, par exemple), on prévoit un pré filtre centrifuge, type «cyclone», qui séparera les plus grosses particules.

Les qualités principales d'un filtre à air sont : une efficacité filtrante élevée, un bon pouvoir d'accumulation, une perte de charge peu élevée. L'efficacité filtrante est donnée par le pourcentage en poids de la poussière restante par rapport au poids total de la poussière parvenue au filtre.

Avec des filtres à cartouche, on parvient à une efficacité de l'ordre 4e 95 %, qu'on atteignait autrefois avec des filtres à bain d'huile. Avec des filtres « cyclone » et à inertie, l'efficacité est d'environ 70 %. Le pouvoir d'accumulation caractérise la capacité d'un filtre à fonctionner longtemps en accumulant la poussière jusqu'à la perte de charge maximale admise. Pour les filtres à cartouche, le pouvoir d'accumulation se situe autour de 0,04 g/cm3 de surface filtrante.

La perte de charge en capacité nominale ne doit pas dépasser des valeurs de l'ordre de 25 mm d'eau pour ne pas réduire excessivement le taux de remplissage du moteur et, avec lui, la puissance fournie. Lorsque le filtre est neuf, la perte de charge est évidemment inférieure. Les cartouches filtrantes sont placées dans des couvercles spéciaux conçus pour atténuer le bruit de succion du moteur et séparer par inertie les plus grosses particules.

Le filtre à essence

Le filtre à essence est un élément capable d'arrêter les impuretés éventuelles du combustible qui pourraient obstruer les gicleurs du carburateur ou les injecteurs. Des crépines sont généralement placées au tube d'aspiration dans le réservoir et à l'entrée du carburateur.

Leur action est souvent complétée par un filtre avec cuve de décantation, placé avant le carburateur. Il se compose d'un vase en verre contenant généralement une cartouche de papier. Sur le fond du verre transparent se précipitent les impuretés, qui doivent être périodiquement enlevées. On ajoute souvent à ce type de filtre un régulateur de pression d'alimentation pour éviter le noyage du carburateur dans des conditions particulières de fonctionnement.

Un filtre de ce type possède un pouvoir d'accumulation considérable, il empêche la formation des bulles d'air et atténue les pulsations de la pompe à essence. Aujourd'hui, des filtres en plastique, s'installant directement sur le conduit d'alimentation, remplace souvent ce dispositif. Leur efficacité est correcte mais moins importante toutefois.

Dans les équipements d'injection, étant donné la fragilité des éléments et des injecteurs, on installe habituellement un très gros filtre général avec des éléments filtrants pour chaque injecteur. Ce montage est particulièrement utile dans les moteurs Diesel, où, en raison du genre de combustible employé (naphte ou gas-oil), l'efficacité du filtrage est d'une importance fondamentale pour la durée de la pompe d'injection.

Le filtre à huile

Le filtre à huile est un élément destiné à fixer les impuretés contenues dans l'huile de graissage. Dans le circuit de lubrification, il existe toujours deux filtres. Le premier, à tamis (crépine), est placé sur le tuyau d'aspiration de la pompe pour éviter l'introduction de corps étrangers. Il possède des mailles de 1 mm et une surface totale calculée pour éviter des pertes de charge, même en cas d'obstruction partielle.

Le second là cartouche, à lamelles ou encore centrifuge doit retenir les impuretés plus fines (de l'ordre de quelques centièmes de millimètres). Le jeu des organes a en effet des valeurs sensiblement équivalentes, il s'agit donc d'éviter tout contact direct entre les pièces par l'intermédiaire de grains de poussière ou de débris divers.

Le filtre le plus répandu est à cartouche. Il se compose d'un corps cylindrique dans lequel est placé une cartouche filtrante (en tissu, papier ou autre matériau poreux). L'huile qui entre dans le filtre devra traverser la cartouche pour atteindre les orifices de graissage du moteur.

Lorsque le filtre est monté en série sur le circuit de graissage principal, l'engorgement accidentel de la cartouche risque de provoquer une chute de pression dans le circuit du moteur. A cet effet, on prévoit une soupape (tarée à 0,5-1 kg/cm2) qui, en s'ouvrant, court-circuite le filtre. Sur certaines voitures, un témoin spécial signale l'engorgement du filtre.

Dans les années soixante, on a vu apparaître des filtres centrifuges, généralement placés à l'extrémité avant du vilebrequin. Dans ces modèles, l'huile provenant de la pompe entre dans le filtre en tournant rapidement et en ressort en passant à travers le vilebrequin. La force centrifuge plaque les impuretés sur le diamètre intérieur du filtre, qui doit être démonté et nettoyé tous les 40000-50000 km.

Sur certains véhicules industriels, on emploie des filtres à lamelles auto nettoyeuses, dans lesquels des "décrassoirs" sont reliés par des leviers à la pédale d'embrayage. A chaque mouvement de celle-ci, les décrassoirs tournent d'une fraction de tour en débarrassant les disques filtrants des impuretés, lesquelles tombent dans le fond de la cuve d'où elles peuvent être facilement enlevées.