EP3230568A1 - Compresseur electrique - Google Patents

Compresseur electrique

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EP3230568A1
EP3230568A1 EP15822970.8A EP15822970A EP3230568A1 EP 3230568 A1 EP3230568 A1 EP 3230568A1 EP 15822970 A EP15822970 A EP 15822970A EP 3230568 A1 EP3230568 A1 EP 3230568A1
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EP
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inlet
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Withdrawn
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EP15822970.8A
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Nicolas Martin
Patrick LEBRASSEUR
Mathieu Lallemant
Franck Giraud
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Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
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Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
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Abstract

La présente invention concerne un compresseur 9, 17 électrique comportant un arbre 13 entrainé en rotation par un moteur électrique par l'intermédiaire de roulements 6, l'arbre entraiment en rotation une roue de compresseur14, le compresseur 9 comportant deux segments d'étanchéité 29a, 29b montés autour de l'arbre 13 entre les roulements 16 et la roue de compresseur 14 et comportant un trou d'évent31, 35, 38, de circulation de flux de polluants vers l'extérieur du compresseur, dont l'entrée est disposée entre les deux segments d'étanchéité, le trou d'évent comportant un élément anti retour 36.

Description

COMPRESSEUR ELECTRIQUE
La présente invention concerne le domaine des compresseurs électriques, et plus particulièrement un compresseur électrique de suralimentation.
Dans le cadre de l'invention, un compresseur électrique est un dispositif, utilisé pour suralimenter un moteur thermique, fonctionnant avec un moteur électrique. Plus précisément, le compresseur comporte une roue de compresseur entraînée par un moteur électrique.
Le compresseur électrique est placé sur la ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion interne, en complément d'un turbocompresseur. Le compresseur électrique joue le même rôle que le turbocompresseur, à savoir augmenter la pression d'admission des gaz frais dans le moteur, mais est utilisé notamment lors des phases transitoires pour palier aux problèmes de temps de réponse du turbocompresseur.
Afin de protéger le moteur électrique et ses roulements d'un air pouvant contenir différents polluants (huile, gaz de recirculation...), un système d'étanchéité dynamique est mis en place entre la roue du compresseur et le moteur électrique. Ce système est composé de deux segments. Un trou d'évent, connu de la demande de brevet UK1312334.4, est ajouté entre les deux segments, afin d'éviter l'accumulation des éventuels polluants qui auraient traversé le premier segment. Pour plus d'efficacité, le trou d'évent est relié à l'entrée du turbocompresseur par l'intermédiaire d'une durite ce qui permet de créer une légère dépression afin de purger le trou d'évent.
Dans ce type de dispositif, le trou d'évent est ainsi relié à une zone qui est généralement en dépression. Cela est nécessaire pour que la protection du moteur électrique et de ses roulements soit efficace. Cependant, dans certains cas de fonctionnement, il arrive que la différence de pression s'inverse, c'est-à-dire que la zone à laquelle le trou d'évent est relié soit en surpression, ce qui a pour effet de refouler les polluants vers le système d'étanchéité dynamique.
La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients des dispositifs de l'art antérieur en proposant un compresseur électrique dont le système d'étanchéité est amélioré et permet ainsi d'éviter la pollution des roulements.
Pour cela la présente invention propose, un compresseur électrique comportant un arbre entraîné en rotation par un moteur électrique par l'intermédiaire de roulements, l'arbre entraînant en rotation une roue de compresseur, le compresseur comportant deux segments d'étanchéité montés autour de l'arbre entre les roulements et la roue de compresseur et comportant un circuit de trou d'évent, de circulation de flux de polluants vers l'extérieur du compresseur, dont l'entrée est disposée entre les deux segments d'étanchéité, le circuit du trou d'évent comportant un élément anti retour.
Cet élément anti-retour évite tout refoulement vers le compartiment d'étanchéité.
Plus précisément, cela évite que l'air pollué accumulé dans le conduit lors de sa circulation, allant du compartiment d'étanchéité vers l'extérieur, soit refoulé vers le compartiment d'étanchéité lorsque la différence de pression est modifiée.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément anti-retour est disposé sur le circuit du trou d'évent de façon à limiter la zone d'accumulation de flux de polluant.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément anti-retour est un clapet disposé de façon à ne pouvoir s'ouvrir que dans le sens de circulation allant de l'entrée du trou d'évent vers la sortie du trou d'évent.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément anti-retour comporte un organe d'obstruction déplaçable permettant de laisser passer le flux de polluants dans un seul sens.
Selon un mode de réalisation de l'invention, lorsque le flux de polluant circule de la sortie du trou d'évent vers l'entrée du trou d'évent, l'organe déplaçable est alors plaqué contre une butée pour obstruer le conduit du trou d'évent.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément anti-retour est un clapet à bille.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément anti-retour un clapet à lamelle.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la lamelle est une membrane souple. L'invention concerne également un compresseur selon l'invention, dans lequel le moteur est un moteur à reluctance variable.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur est un compresseur électrique de suralimentation.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles:
- la figure 1 est une représentation schématique montrant un moteur intégrant un système selon une réalisation de l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe d'un compresseur selon l'invention,
- la figure 3 est une représentation schématique d'un élément anti-retour selon l'invention,
- les figures 4a, b et c sont une représentation schématique d'une variante de l'élément anti-retour selon l'invention, a) en position fermé, b) en position ouverte, c) un détail vue de face.
La présente invention concerne un compresseur électrique équipé d'un système d'étanchéité. Dans le cadre de l'invention, le système d'étanchéité dynamique est formé par au moins un élément anti-retour. Plus précisément, le système d'étanchéité est formé par moins un trou d'évent associé à un élément anti-retour.
Dans le cadre de l'invention, on entend par compresseur électrique, un compresseur d'air, volumétrique ou non et par exemple centrifuge ou radial, entraîné par un moteur électrique, dans le but de suralimenter un moteur thermique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur asynchrone à courant continue ou alternatif, ou tout type de moteur électrique du même type.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à reluctance variable (également appelée machine SRM pour Switched Reluctance Motor selon la terminologie anglaise).
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à aimants permanents. La figure 1 illustre un moteur à combustion interne avec trois cylindres 1 associé à un dispositif 3 pour l'alimentation en gaz d'admission conformément à une réalisation de l'invention. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'alimentation 3 (marquée par une ligne pointillée) comprend un turbocompresseur 5.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'alimentation 3 comprend une vanne de recirculation des gaz d'échappement 6.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'alimentation 3 comprend un refroidisseur d'air de suralimentation 7.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'alimentation 3 comprend un compresseur électrique 9 et une vanne de dérivation du compresseur 10.
Le turbocompresseur 5 est alimenté par les gaz d'échappement du moteur 1 et par de l'air arrivant par une entrée d'air 8. Une partie des gaz d'échappement est recyclé à l'entrée du moteur 1 par l'intermédiaire d'une vanne 6 de recirculation des gaz d'échappement.
Les gaz issus du compresseur du turbocompresseur 5 sont ensuite refroidis par le refroidisseur 7 puis alimentent le compresseur électrique 9.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention non illustrée, le refroidisseur est disposé en aval du compresseur électrique 9. Le compresseur électrique 9 compresse les gaz issus du turbocompresseur 5 et alimente le moteur 1.
Le compresseur électrique 9, illustré figure 2, comprend un moteur électrique 10
(non visible figure 2), et des roulements 16. Le moteur électrique permet la mise en rotation d'un arbre 13 du compresseur électrique via les roulements 16. L'arbre 13 entraine ainsi en rotation la roue 14 du compresseur 9. Plus précisément une extrémité de l'arbre 13 est entraînée en rotation par le moteur électrique, et une autre extrémité de l'arbre 13 entraine en rotation la roue 14 du compresseur. La partie intermédiaire de l'arbre est protégé par le corps 17 de compresseur. Cette partie intermédiaire de l'arbre comporte un organe d'étanchéité, et plus précisément étanchéité dynamique. Cet organe est formé d'un premier segment d'étanchéité 29a positionné du coté de la roue du compresseur et d'un deuxième segment d'étanchéité 29b positionné du coté des roulements 16. Ces segments ont pour rôle de protéger les roulements de la pollution pouvant provenir de la roue du compresseur.
Entre ces deux segments d'étanchéités 29a, 29b est positionnée l'entrée 37 d'un trou d'évent 31. Le trou d'évent 31 est ajouté entre les deux segments afin d'éviter l'accumulation des éventuels polluants qui auraient traversé le premier segment 29a. Selon un mode de réalisation de l'invention, pour plus d'efficacité, le trou d'évent 31 est relié à l'entrée du turbocompresseur. Selon un mode de réalisation, le trou d'évent 31 est rélié au turbocompresseur par exemple par l'intermédiaire d'une durite ce qui permet de créer une légère dépression afin de purger le trou d'évent. Le trou d'évent 31 traverse ainsi une partie du compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le trou d'évent 31, plus précisément le circuit du trou d'évent, se prolonge en dehors du compresseur. Le trou d'évent 31 permet ainsi d'éviter la pollution des roulements 16 en permettant l'évacuation des polluants grâce à une différence de pression entre la pression PI du compartiment formé entre les deux segments d'étanchéité 29a, 29b et la pression P2 à la sortie du trou d'évent 35. La pression PI entre les deux segments 29a, 29b étant supérieure à la pression P2 en sortie 35 du trou d'évent.
Dans certains cas d'utilisation du compresseur, la pression PI du compartiment formé entre les deux segments d'étanchéité 29a, 29b est inférieure à la pression P2 en sortie 35 du trou d'évent. Dans cette situation, les polluants refoulent vers les roulements 16 au lieu d'être évacués. Ce refoulement peut avoir lieu lorsque que le compresseur électrique n'est pas activé et que l'air comprimé en sortie du compresseur du turbocompresseur passe par le conduit de dérivation.
Afin d'éviter ce phénomène de refoulement, l'invention prévoit de disposer sur le circuit du trou d'évent 31 un élément anti-retour 36. Le passage de l'air transportant les polluants est alors possible uniquement dans un sens. Plus précisément, le passage n'est possible que du compartiment d'étanchéité formé par les 2 segments d'étanchéité 29a, 29b vers la sortie 35 du trou d'évent.
Dans le cadre de l'invention, l'élément anti-retour 36 est disposé dans le circuit du trou d'évent 31, en sortie du compresseur 9, le plus proche possible du l'entrée 37 du trou d'évent. En effet, cela évite tout refoulement vers le compartiment d'étanchéité. Plus précisément, cela évite que l'air pollué accumulé dans le conduit lors de sa circulation, allant du compartiment d'étanchéité vers l'extérieur, soit refoulé vers le compartiment d'étanchéité lorsque la différence de pression s'inverse.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément anti-retour 36 est disposé dans le circuit du trou d'évent 31 de façon à limiter la zone d'accumulation de flux de polluant.
Dans le cadre de l'invention, on entend par zone d'accumulation la portion du circuit du trou d'évent 31 entre l'entrée 35 du trou d'évent et l'élément anti-retour. Selon un mode de réalisation de l'invention, la zone d'accumulation ou portion est de 10 cm maximum.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément anti-retour est disposé dans la portion 38 du circuit du trou d'évent situé au niveau de la sortie du compresseur 9.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément anti-retour 36 est disposé à proximité de l'entrée 37 du trou d'évent.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément anti-retour 36 est disposé au niveau de l'entrée 37 du trou d'évent.
Dans le cadre de l'invention, les termes entrée et sortie sont définis par rapport au sens de circulation du flux, dans le trou d'évent, allant du compartiment d'étanchéité vers l'extérieur du compresseur.
Selon un mode de réalisation de l'invention illustré figure 3 et 4, l'élément antiretour 36 est un clapet. Le clapet est disposé de façon à ne pouvoir s'ouvrir que dans un sens. Plus précisément, le clapet 36 est disposé de façon à s'ouvrir dans le sens de circulation du flux de polluants allant de l'entrée 37 du trou d'évent 31 vers la sortie 35 du trou d'évent.
L'élément anti-retour 36 selon l'invention comporte un organe d'obstruction 41,
362 déplaçable ou déplaçable par déformation permettant de laisser passer le flux de polluants dans un sens. Lorsque le flux de polluant circule dans l'autre sens l'organe déplaçable est alors plaqué contre une butée 40, 363 ou tout autre moyen équivalent permettant ainsi d'obstruer le conduit du trou d'évent. Selon un mode de réalisation de l'invention, le clapet est un clapet à bille illustré figure 3. L'organe déplaçable est alors une bille 41. Selon ce mode de réalisation, la bille est poussée contre la butée au moyen d'un ressort 42.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le clapet est un clapet à lamelle, illustré figure 4. L'organe déplaçable est alors une lamelle ou une membrane souple 362. Dans ce mode de réalisation illustré figure 4, l'organe déplaçable est formé par un une rondelle 362 pleine dont la partie centrale 361 est découpée circulairement, sur un angle inférieur à 360°, de façon à pouvoir se déplacer de part et d'autre de son contour. Cette rondelle est plaquée contre une butée 363 disposée dans le conduit du trou d'évent. La butée est suffisamment large pour que la partie centrale découpée prenne appui sur la butée dans un sens de circulation du flux de polluant. Plus précisément, la partie centrale prend appui sur la butée dans le sens de circulation allant de l'extérieur du trou d'évent vers le compartiment d'étanchéité.
Dans tous les cas, quelque soit le mode de réalisation de l'invention, l'organe déplaçable est configuré de façon à ce que lorsque :
la pression PI du compartiment formé entre les deux segments 29a, 29b d'étanchéité est inférieure à la pression P2 en sortie 35 du trou d'évent, le clapet 36 est fermé, c'est-à-dire que le flux ne circule plus,
la pression PI du compartiment formé entre les deux segments d'étanchéité 29a, 29b est supérieure à la pression P2 en sortie 35 du trou d'évent, le clapet
36 est ouvert, c'est-à-dire que le flux circule.
L'ouverture de l'élément anti-retour 36 est déterminée en fonction d'une pression de déclenchement Pdecl. Cette pression de déclenchement est déterminée de façon à ce que :
- Si P2 > PI - Pdecl, alors le clapet est fermé,
Si P2 < PI - Pdecl, alors le clapet est ouvert.
Selon un mode de réalisation de l'invention, Pdecl est la plus faible possible, et par exemple est comprise entrelO et 20mbar. Le compresseur selon l'invention, est ainsi configuré de façon à protéger les roulements, et également le moteur électrique, contre des polluants tels que de l'huile, des gaz de recirculation ou tous autres polluants.
La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications.

Claims

REVENDICATIONS
1. Compresseur électrique 9 comportant un arbre 13 entraîné en rotation par un moteur électrique par l'intermédiaire de roulements 16, l'arbre entraînant en rotation une roue de compresseur 14, le compresseur comportant deux segments d'étanchéité 29a, 29b montés autour de l'arbre 13 entre les roulements 16 et la roue de compresseur 14 et comportant un circuit de trou d'évent 31, de circulation de flux de polluants vers l'extérieur du compresseur 9, dont l'entrée 37 est disposée entre les deux segments d'étanchéité,
caractérisé en ce que le circuit du trou d'évent 31 comporte un élément anti retour 36.
2. Compresseur 9 selon la revendication 1, dans lequel l'élément anti-retour 36 est disposé sur le circuit du trou d'évent 31 de façon à limiter la zone d'accumulation de flux de polluant.
3. Compresseur 9 selon une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'élément anti- retour 36 est un clapet 36 disposé de façon à ne pouvoir s'ouvrir que dans le sens de circulation allant de l'entrée 37 du trou d'évent vers la sortie 35 du trou d'évent.
4. Compresseur selon une des revendications 1 à 3, dans lequel l'élément anti-retour 36 comporte un organe d'obstruction déplaçable 41, 362 permettant de laisser passer le flux de polluants dans un seul sens.
5. Compresseur 9 selon la revendication 4, dans lequel lorsque le flux de polluant circule de la sortie du trou d'évent vers l'entrée du trou d'évent, l'organe déplaçable 41, 362 est alors plaqué contre une butée pour obstruer le circuit du trou d'évent 31.
6. Compresseur 9 selon une des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément antiretour 36 est un clapet à bille.
7. Compresseur 9 selon une des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément antiretour 36 un clapet à lamelle.
8. Compresseur 9 selon la revendication 7, dans lequel la lamelle est une membrane souple 361.
9. Compresseur 9 selon une des revendications 1 à 8, dans lequel le moteur est un moteur à reluctance variable.
10. Compresseur 9 selon une des revendications 1 à 9, dans lequel le compresseur est un compresseur électrique de suralimentation de moteur thermique.
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