FR2748060A1 - Turbocompresseur a suralimentation - Google Patents

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Abstract

Un turbocompresseur à suralimentation comporte un arbre (50), un rotor de turbine (80) connecté à une extrémité de l'arbre et un rotor de compresseur (70) connecté à l'autre extrémité de l'arbre. Un logement de turbine (60) dans lequel est disposé le rotor de turbine mis en rotation par le gaz d'échappement, comporte une paroi intérieure à développante qui forme une partie en spirale pour le gaz d'échappement. Un logement de compresseur (10) comporte le rotor du compresseur. Une paroi de cloisonnement (67) divise la partie en spirale en une partie en spirale intérieure (66) et une partie en spirale extérieure (68). Le turbocompresseur comporte un moyen de changement afin de modifier le sens d'écoulement du gaz d'échappement dans l'une de la partie en spirale intérieure ou de la partie en spirale extérieure.

Description

La présente invention concerne un turbocompresseur à suralimentation, et plus particulièrement un turbocompresseur à suralimentation qui peut changer la vitesse de rotation du rotor de sa turbine.
On décrit un turbocompresseur classique de ce type dans, par exemple, le brevet japonais NO 8(1996)-7061. Ce turbocompresseur comprend un rotor de turbine, un logement de turbine, une pluralité d'aubes de tuyère et un mécanisme de liaison. Le rotor de la turbine est connecté à un arbre et comporte une multitude d'ailettes. Le rotor de la turbine est mis en rotation par le gaz d'échappement et disposé dans le logement de la turbine. Le logement de la turbine comporte une paroi intérieure à développante qui forme une partie en spirale pour le gaz d'échappement. Les aubes de la tuyère sont placées dans la partie en spirale et sont supportées par le logement de la turbine. Le mécanisme de liaison commande l'angle des aubes de la tuyère de manière à changer le sens de l'écoulement du gaz d'échappement vers le rotor de la turbine. Par conséquent, la vitesse de rotation du rotor de la turbine peut être modifiée. La vitesse de rotation du rotor de la turbine est faible lorsque l'angle des aubes de la tuyère est élevé de sorte que le sens d'écoulement du gaz d'échappement est dirigé vers le centre de l'arbre. La vitesse de rotation du rotor de la turbine est élevée lorsque l'angle des aubes est petit de sorte que le sens d'écoulement du gaz d'échappement s'effectue vers la tangente du rotor de la turbine.
Dans le turbocompresseur à suralimentation mentionné ci-dessus, le mécanisme de liaison change simultanément les angles des aubes de la tuyère.
Cependant, la température dans la partie en spirale est supérieure à 10000C. Par conséquent, le mécanisme de liaison doit être constitué d'un matériau résistant à la chaleur. En outre, le gaz d'échappement comprend une grande quantité d'un composé du carbone. Ce composé a un effet sur le fonctionnement du mécanisme de liaison. Par conséquent, ce mécanisme doit présenter une grande fiabilité.
En conséquence, un objet de la présente invention est de fournir un turbocompresseur à suralimentation perfectionné qui surmonte les inconvénients exposés ci-dessus.
Selon la présente invention, le turbocompresseur à suralimentation comporte un arbre, un rotor de turbine connecté à une extrémité de l'arbre et un rotor de compresseur relié à l'autre extrémité de l'arbre. Un logement de turbine dans lequel est disposé le rotor de turbine mis en rotation par le gaz d'échappement, comporte une paroi intérieure à développante qui constitue une partie en spirale pour le gaz d'échappement. Le logement du compresseur comporte le rotor du compresseur. Une paroi de cloisonnement divise la partie en spirale en une partie en spirale intérieure et une partie en spirale extérieure. Le turbocompresseur à suralimentation comporte un moyen de changement afin de modifier la direction d'écoulement du gaz d'échappement dans la partie en spirale intérieure à partir de la partie en spirale extérieure.
La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints, dans lesquels
La figure 1 est une vue en coupe du premier mode de réalisation d'un turbocompresseur à suralimentation selon la présente invention;
La figure 2 est une vue en coupe prise le long de la ligne A-A de la figure 1, selon la présente invention;
La figure 3 est une vue en coupe du second mode de réalisation d'un turbocompresseur à suralimentation selon la présente invention; et
Les figures 4 et 5 sont des vues en coupe du troisième mode de réalisation d'un turbocompresseur à suralimentation selon la présente invention.
On décrira un turbocompresseur à suralimentation selon les modes de réalisation préférés de la présente invention en liaison avec les dessins annexés.
La figure 1 et la figure 2 représentent le premier mode de réalisation de la présente invention. En figure 1, un logement de compresseur 10 en fonte comporte un orifice d'admission 12 et un orifice de refoulement 14. Un diffuseur 20 est connecté au logement 10 du compresseur par un boulon 22 de manière à former une spirale en forme d'anneau 16. La spirale 16 relie l'orifice d'admission 12 du compresseur et son orifice de refoulement 14. La petite aire de la section transversale de la spirale 16 est placée à proximité de l'orifice d'admission 12 du compresseur. L'aire en section transversale de la spirale 16 s'agrandit alors que cette spirale se rapproche de l'orifice de refoulement 14 du compresseur de sorte que la grande aire en section transversale de la spirale 16 se trouve à proximité de l'orifice de refoulement 14 du compresseur.
Un logement 30 de roulements est relié au logement 10 du compresseur et comporte un orifice d'admission d'huile 32. L'orifice d'admission d'huile 32 communique avec trois passages d'huile 36, 38 et 40 par l'intermédiaire d'un passage d'huile 34. Par conséquent, l'huile est fournie à l'orifice d'admission 32 par une pompe à huile (non représentée) et est en outre fournie à un arbre 50 et à cinq roulements 42, 43, 44, 45 et 46 par l'intermédiaire des passages 34, 36, 38 et 40. Les roulements 42, 43, 44, 45 et 46 sont supportés par l'arbre 50. D'autre part, le logement 30 des roulements comporte un orifice de refoulement d'huile 54 qui communique avec les roulements 42, 43, 44, 45 et 46 par l'intermédiaire d'un espace 52. Un passage pour de l'eau de refroidissement est prévu.
Un logement 60 de la turbine qui est relié au logement 30 des roulements, comprend un orifice d'entrée 62 et un orifice de sortie 64 pour le gaz d'échappement. Comme représenté en figure 2, une paroi intérieure à développante 61 est prévue avec le logement 60. Cette paroi 61 forme un espace en spirale qui est défini par deux parties en spirale 66 et 68 et une paroi de cloisonnement à développante 67. La paroi 67 comporte une première surface 67a et une seconde surface 67b et relie la partie en spirale 66 à la partie en spirale 68.
La première surface 67a est placée suivant un petit angle par rapport au sens de rotation d'un rotor de turbine 80. La seconde surface 67b est placée suivant un grand angle par rapport au sens de rotation du rotor 80.
Une partie de liaison 69 est formée entre la première surface 67a et la seconde surface 67b.
Une soupape de changement 90 est placée à proximité de l'orifice d'entrée 62. La soupape 90 comporte une palette 92 et un arbre 94. L'arbre 94 est relié à la palette 92 et est supporté par la paroi de cloisonnement 67 de sorte que la palette 92 peut tourner entre la position indiquée dans la figure et celle représentée par le trait en pointillé 96 en figure 2. La palette 92 ferme la partie en spirale 66 ou bien la partie en spirale 68.
Comme représenté en figure 1, chaque extrémité de l'arbre 50 comporte un boulon 74. Une extrémité de l'arbre 50, du côté du logement 10 du compresseur, est reliée à un rotor de compresseur 70 par le boulon 74. L'autre extrémité de l'arbre 50 est connectée au rotor 80 de la turbine. Lorsque le rotor 80 tourne, le rotor 70 du compresseur tourne en même temps.
Le rotor 70 du compresseur comporte une multitude d'ailettes 72, et le rotor 80 de la turbine une multitude d'ailettes 82. Les ailettes 72 et 80 s'étendent dans la direction radiale de l'arbre 50.
Selon le turbocompresseur mentionné cidessus, le gaz d'échappement entre dans le logement 60 de la turbine par l'intermédiaire de l'orifice d'entrée 62 et provoque la rotation du rotor 80 de la turbine. Le gaz d'échappement est refoulé du logement 60 de la turbine par l'intermédiaire de l'orifice de sortie 64.
Le rotor 80 de la turbine fait tourner le rotor 70 du compresseur. Le rotor 70 du compresseur avec ses ailettes 72 comprime le gaz d'admission (l'air) passant par l'orifice d'admission 12 du compresseur, et refoule le gaz d'admission vers un moteur à combustion interne
(non représenté) par l'intermédiaire de l'orifice de refoulement 14 du compresseur.
Lorsque le moteur à combustion interne fonctionne dans une zone de faibles vitesses, la quantité du gaz d'échappement est petite. La soupape de changement 90 ferme la partie en spirale 68 comme représenté en figure 2 de sorte que le gaz d'échappement entre dans la partie en spirale 66. Le gaz d'échappement circule en longeant la tangente au rotor 80 de la turbine. Par conséquent, le gaz d'échappement frappe les ailettes 82 de la turbine suivant un angle droit de sorte que l'écoulement du gaz d'échappement augmente l'efficacité de la rotation du rotor 80 de la turbine.
Lorsque le moteur à combustion interne fonctionne dans une zone de hautes vitesses, la palette 92 de la soupape 90 ferme la partie en spirale 66 de manière à faire tourner lentement le rotor 80 de la turbine. Lorsque le gaz d'échappement entre dans la partie en spirale 68, le gaz ne fait pas tourner le rotor 80. Lorsque le gaz d'échappement circule depuis la partie en spirale 68 pour entrer dans la partie en spirale 66 par l'intermédiaire des parties de liaison 69, le gaz d'échappement frappe la seconde surface 67b et entre dans le rotor 80 de la turbine en longeant la seconde surface 67b. Par conséquent, l'écoulement du gaz d'échappement n'augmente pas l'efficacité de la rotation du rotor 80, car la vitesse d'écoulement est lente et le sens de l'écoulement du gaz d'échappement est presque identique à la direction des ailettes de la turbine 82 du rotor 80.
Lorsque le moteur à combustion interne fonctionne dans une zone de vitesses moyennes, la palette 92 de la soupape 90 ouvre les deux parties en spirale 66 et 68. Par exemple, la position de la palette 92 se trouve dans la position médiane située entre la position indiquée par la ligne 92 et la position indiquée par les tirets 96 en figure 2. Par conséquent, le rotor de la turbine tourne à une vitesse prédéterminée.
La figure 3 représente le second mode de réalisation de la présente invention qui est une version modifiée du premier mode de réalisation ayant la préférence, en particulier représente un agencement modifié d'une soupape de changement 100. En figure 3, les mêmes parties que celles utilisées dans la figure 2 sont indiquées par les mêmes références. Dans le second mode de réalisation, la soupape de changement 100 est disposée sur le côté extérieur du logement 60 de la turbine. La soupape 100 comprend une partie à charnière 102 et une palette 104. Un boulon 106 relie la partie à charnière 102 à la palette 104. Les parties de liaison 69 formées dans la paroi de cloisonnement à développante 67 sont placées seulement en aval de la paroi de cloisonnement 67.
Pendant le fonctionnement, lorsque le moteur à combustion interne fonctionne dans une zone de faibles vitesses, la soupape 100 ferme la partie en spirale 68 de manière à introduire le gaz d'échappement dans la partie en spirale 66. Lorsque le moteur à combustion interne fonctionne dans une zone à hautes vitesses, la soupape 100 ouvre la partie en spirale 68 de manière à faire entrer le gaz d'échappement dans les parties en spirale 66 et 68. L'écoulement du gaz d'échappement entre la partie en spirale 68 et la partie en spirale 66 par l'intermédiaire des parties de liaison 69 change le sens.
Les figures 4 et 5 représentent le troisième mode de réalisation de la présente invention qui est une autre version modifiée du premier mode de réalisation préféré, en particulier un agencement modifié d'une soupape 110. En figures 4 et 5, les mêmes parties que celles utilisées dans la figure 2 ou la figure 3 sont indiquées par les mêmes références qu'en figures 2 ou 3.
Dans le troisième mode de réalisation, la palette 110 est disposée à l'extrémité de la partie en spirale 68.
La palette 110 a une forme analogue à celle d'un croissant et comporte une extrémité épaisse llOa et une extrémité fine llOb. Un arbre 112 est disposé parallèlement à l'arbre 50 (représenté en figure 1) et supporte la palette 110. La palette 110 est mise en rotation par le gaz d'échappement dans une zone prédéterminée. L'extrémité épaisse llOa est reliée à une partie de rebord 60a du logement 60 de la turbine à une extrémité de la zone prédéterminée, comme cela est représenté en figure 4. L'extrémité fine lîOb est reliée à la partie de rebord 60a du logement 60 de la turbine à l'autre extrémité de la zone prédéterminée, comme représenté en figure 5.
En fonctionnement, lorsque le moteur à combustion interne fonctionne dans une zone de faibles vitesses, la soupape de changement 100 ferme la partie en spirale 68 de façon que le gaz d'échappement entre dans la partie en spirale 66. La position de la palette 110 est telle qu'indiqué en figure 4. L'écoulement du gaz d'échappement dans la partie en spirale 66 augmente l'efficacité de la rotation du rotor 80 de la turbine.
Lorsque le moteur à combustion interne fonctionne dans une zone de hautes vitesses, la soupape de changement 100 ouvre la partie en spirale 68 de façon que le gaz d'échappement entre dans les parties en spirale 66 et 68. La position de la palette 110 est telle qu'indiqué en figure 5. L'écoulement du gaz d'échappement dans les parties en spirale 66 et 68 n'augmente pas l'efficacité de la rotation du rotor 80 de la turbine.
La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.

Claims (7)

REVENDICATIONS
1 - Turbocompresseur à suralimentation, caractérisé en ce qu'il comprend
- un arbre (50),
- un rotor de turbine (80) connecté à une extrémité de l'arbre,
- un rotor de compresseur (70) connecté à l'autre extrémité de l'arbre,
- un logement de turbine (60) dans lequel est disposé le rotor de la turbine mis en rotation par le gaz d'échappement, ce rotor de la turbine comportant une paroi intérieure à développante (61) qui forme une partie en spirale pour le gaz d'échappement,
- un logement de compresseur (10) dans lequel est disposé le rotor du compresseur,
- une paroi de cloisonnement (67) divisant la partie en spirale en une partie en spirale intérieure (66) et une partie en spirale extérieure (68),
- une multitude de parties de liaison (69) reliant la partie en spirale intérieure à la partie en spirale extérieure par l'intermédiaire de la paroi de cloisonnement, et
- un moyen de changement (90; 100) afin de changer le sens d'écoulement du gaz d'échappement dans la partie en spirale intérieure à partir de la partie en spirale extérieure.
2 - Turbocompresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie en spirale extérieure (68) est réunie à la partie en spirale intérieure (66) à chaque extrémité.
3 - Turbocompresseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de changement (90; 100) est une soupape qui ferme l'une de la partie en spirale extérieure ou de la partie en spirale intérieure.
4 - Turbocompresseur selon la revendication 3, dans lequel une palette (92; 110) est placée à l'extrémité de la partie en spirale extérieure (68).
5 - Turbocompresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la palette est supportée par un arbre (94; 112) qui est parallèle à l'arbre (50), et est mise en rotation suivant un angle prédéterminé par le gaz d'échappement.
6 - Turbocompresseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie de liaison (69) est située à la zone en aval de la partie en spirale.
7 - Turbocompresseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie de liaison présente une première surface qui forme un petit angle avec le sens de rotation du rotor de la turbine et une seconde surface qui forme un grand angle avec le sens de rotation du rotor de la turbine.
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