"Moteur comportant un turbocompresseur fixé sur le bloccylindres par l'intermédiaire de son carter central" La présente invention concerne un moteur à combustion interne comportant un turbocompresseur.
La présente invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne de véhicule automobile comportant un bloc-cylindres, un collecteur d'échappement, et un turbocompresseur, et du type dans lequel le turbocompresseur comporte un carter turbine qui est lié à un carter central et qui est raccordé au collecteur d'échappement.
Pour des raisons de stratégie de dépollution, la température des gaz issus de la combustion du mélange carburé dans les cylindres du moteur doit être la plus élevée possible à l'entrée du catalyseur primaire. C'est en partie pour cette raison que l'on choisit de réaliser le collecteur d'échappement en tôle à paroi mince.
L'inertie thermique étant proportionnelle au volume de matière, il est plus intéressant, d'un point de vue thermique, de réaliser le collecteur d'échappement en tôle.
Par ailleurs, la masse du turbocompresseur est telle que son maintien doit être le plus rigide possible, pour résister aux sollicitations vibratoires, sans pour autant ajouter des contraintes thermomécaniques.
Lorsque le collecteur d'échappement est réalisé en tôle, il n'est plus possible de maintenir le turbocompresseur par le seul biais du collecteur, compte tenu de sa faible raideur.
Pour résoudre ce problème, il a été envisagé de maintenir le turbocompresseur au moyen de béquilles en tôle fixées sur le bloc-cylindres.
Cependant, il est très difficile de maintenir correctement le turbocompresseur au moyen de béquilles, compte tenu de la masse du turbocompresseur.
De plus, comme il est nécessaire d'employer plusieurs béquilles pour fixer le turbocompresseur, le système constitué par le turbocompresseur, le collecteur d'échappement, et les béquilles, devient hyperstatique.
Par conséquent, le système subit des contraintes thermomécaniques importantes qui sont préjudiciables à la fiabilité du système.
Il a aussi été envisagé de maintenir rigidement le turbocompresseur sur le bloc-cylindres en fixant le carter central sur le bloc-cylindres.
Cette solution nécessite de réaliser une liaison souple au niveau du raccordement entre le collecteur d'échappement et le carter turbine, de manière à permettre la dilatation des éléments du système mécanique, lors de leur montée en température.
Cette liaison souple est difficile à mettre en u̇vre car elle pose des problèmes de fiabilité.
Une autre solution envisagée est de réaliser le carter turbine d'une seule pièce avec le collecteur d'échappement, de manière à former un "turbocollecteur".
Cette solution ne résout pas le problème de la fixation des autres éléments du turbocompresseur sur le moteur. De plus, elle pose des problèmes d'assemblage, notamment en ce qui concerne l'accessibilité des vis de fixation de la partie collecteur d'échappement sur la culasse du moteur.
L'invention vise à remédier à ces inconvénients.
Dans ce but, l'invention propose un moteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le turbocompresseur est fixé sur le bloc-cylindres par l'intermédiaire de son carter central, et en ce que le carter central comporte une portion annulaire qui est réalisée venue de matière avec le carter central et qui est montée serrée radialement sur un arbre de maintien fixé sur le bloc-cylindres.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la portion annulaire est réalisée par moulage ; - une bague métallique fendue est intercalée radialement entre la portion annulaire et l'arbre ; - la portion annulaire, la bague fendue, et l'arbre de maintien sont assemblés par frettage ; - l'axe de l'arbre de maintien est sensiblement parallèle à l'axe de la turbine du turbocompresseur ; - l'arbre de maintien est fixé sur le bloc-cylindres par l'intermédiaire d'au moins deux béquilles réglables ; - le collecteur d'échappement est réalisé en tôle.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera à la figure unique annexée qui est une vue partielle en perspective représentant schématiquement un moteur réalisé conformément aux enseignements de l'invention.
Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence.
Sur la figure unique, on a représenté partiellement un moteur à combustion interne 10 de véhicule automobile qui est réalisé conformément aux enseignements de l'invention.
De manière classique, le moteur 10 comporte un bloccylindres 12 sur lequel est monté une culasse 14.
La culasse 14 comporte des conduits d'échappement internes (non représentés) qui débouchent dans une face latérale d'échappement 16 de la culasse 14 et qui sont raccordés à un collecteur d'échappement 18.
Le collecteur d'échappement 18 est fixé sur la face latérale 16 de la culasse 14.
De préférence, le collecteur d'échappement 18 est réalisé en tôle d'acier à paroi mince, de manière à minimiser l'inertie thermique du collecteur 18, pour accélérer la montée en température du catalyseur primaire (non représenté) qui est agencé en aval du collecteur 18 de la ligne d'échappement du moteur 10.
Le moteur 10 est équipé d'un turbocompresseur 20 comportant un carter de turbine 22 qui est lié à un carter central 24.
L'orifice d'entrée 26 du carter turbine 22 comporte une bride plate 28, ici de forme globalement triangulaire, qui est montée vissée sur une bride plate complémentaire 30 agencée autour de l'orifice de sortie du collecteur d'échappement 18, de manière à raccorder le collecteur d'échappement 18 au carter turbine 22.
Selon le mode de réalisation représenté ici, l'axe A1 de la turbine (non représentée) du turbocompresseur 20 s'étend suivant une direction longitudinale sensiblement parallèle à la face latérale d'échappement 16 de la culasse 14.
Le carter central 24 comporte ici une zone 32 pour le raccordement du turbocompresseur 20 à un circuit de lubrification (non représenté).
Cette zone de raccordement 32 a ici la forme d'une portée sensiblement plane, parallèle à l'axe longitudinal A1, munie de perçages taraudés 38, 40 et d'au moins un orifice d'alimentation et/ou d'évacuation d'huile 42.
La zone de raccordement 32 est prévu ici pour permettre la fixation par vissage d'une bride (non représentée) liée à au moins un conduit d'alimentation et/ou d'évacuation d'huile (non représenté).
Conformément aux enseignements de l'invention, le turbocompresseur 20 est fixé sur le bloc-cylindres 12 par l'intermédiaire de son carter central 24.
A cet effet, le carter central 24 comporte une portion annulaire 46 qui est réalisée venue de matière avec le carter central 24 et qui est montée serrée radialement sur un arbre de maintien 48 fixé sur le bloc-cylindres 12.
La portion annulaire 46, qui a ici une forme tubulaire d'axe longitudinal, est sensiblement adjacente à un bord d'extrémité transversale de la zone de raccordement 32, du côté du bloccylindres 12.
Avantageusement, la portion annulaire 46 est réalisée par moulage d'une seule pièce avec le carter central 24.
L'arbre de maintien 48, de section circulaire, est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal A1 de la turbine.
L'arbre de maintien 48 est fixé sur le bloc-cylindres 12 au moyen de deux béquilles 50, 52 qui sont agencées respectivement à chacune de ses extrémités longitudinales.
Chaque béquille 50, 52 est constituée ici par une patte en tôle qui est fixée, par exemple par vissage, d'une part, sur l'extrémité associée de l'arbre de maintien 48 et, d'autre part, sur un plot de fixation associé 54, 56 du bloc-cylindres 12.
Chaque plot de fixation 54, 56 a ici une forme globalement tronconique dont la base est agencée du côté du bloc-cylindres 12.
Les plots de fixation 54, 56 sont, par exemple, réalisés venus de matière par moulage avec le bloc-cylindres 12.
De préférence, les béquilles 50, 52 sont réglables, c'est-àdire qu'il est possible de positionner précisément chaque béquille par rapport au bloc-cylindres 12, de manière que l'arbre de maintien 48 soit lié de manière rigide au bloc-cylindres 12.
A cet effet, chaque béquille 50, 52 comporte, par exemple, des trous oblongs pour le passage de vis de fixation 58, 60, de manière que chaque béquille 50, 52 puisse occuper plusieurs positions dans le plan de fixation associé.
Avantageusement, une bague métallique fendue 62 est intercalée radialement entre la portion annulaire 46 et l'arbre 48.
Selon une caractéristique du moteur 10, la portion annulaire 46, la bague fendue 62, et l'arbre de maintien 48 sont assemblés par frettage, ce qui permet une liaison sans jeu entre l'arbre de maintien 48 et le carter central 24, donc le turbocompresseur 20, cette liaison sans jeu empêchant l'apparition de problèmes acoustiques dus aux vibrations du moteur 10.
Grâce à l'invention, le turbocompresseur 20 est fixé sur le bloc-cylindres 12 au moyen d'une liaison du type pivot glissant.
En effet, sous l'action des efforts dus notamment à la dilatation du collecteur d'échappement 18 et du carter de turbine 22, la portion annulaire 46 est susceptible de coulisser longitudinalement sur l'arbre de maintien 48, et/ou de pivoter autour de l'arbre de maintien 48.
La bague fendue 62 est choisie pour ses propriétés mécaniques et physiques qui lui permettent d'éviter le coincement de la portion annulaire 46 sur l'arbre de maintien 48, pendant le fonctionnement du moteur 10.
Les matériaux constituant la portion annulaire 46, la bague fendue 62, et l'arbre de maintien 48, sont choisis de manière que le couple résistant, à chaud, du au frettage entre ces trois éléments 46, 62, 48, soit inférieur au couple produit par la dilatation de ces trois éléments 46, 62, 48. C'est-à-dire que l'assemblage par frettage entre les trois éléments 46, 62, 48 ne doit pas empêcher le coulissement et/ou le pivotement de la portion annulaire 46 par rapport à l'arbre de maintien 48, lorsque le collecteur d'échappement 18 et le carter turbine 22 atteignent une température déterminée.
Au contraire, le couple résistant, à chaud, du au frettage entre les trois éléments 46, 62, 48 doit être supérieur au couple induit par l'énergie vibratoire produite par le moteur 10, c'est-àdire que les vibrations produites par le moteur 10 ne doivent pas provoquer le coulissement et/ou le pivotement de la portion annulaire 46 par rapport à l'arbre de maintien 48."Engine comprising a turbocharger fixed to the cylinder block via its central casing" The present invention relates to an internal combustion engine comprising a turbocharger.
The present invention relates more particularly to an internal combustion engine of a motor vehicle comprising a cylinder block, an exhaust manifold, and a turbocharger, and of the type in which the turbocharger comprises a turbine casing which is linked to a central casing and which is connected to the exhaust manifold.
For reasons of pollution control strategy, the temperature of the gases resulting from the combustion of the fuel mixture in the engine cylinders must be as high as possible at the inlet of the primary catalyst. It is partly for this reason that we choose to make the exhaust manifold from thin-walled sheet metal.
The thermal inertia being proportional to the volume of material, it is more advantageous, from a thermal point of view, to produce the exhaust manifold in sheet metal.
Furthermore, the mass of the turbocharger is such that its maintenance must be as rigid as possible, in order to withstand the vibrational stresses, without however adding thermomechanical constraints.
When the exhaust manifold is made of sheet metal, it is no longer possible to maintain the turbocharger by the sole means of the manifold, given its low stiffness.
To solve this problem, it has been envisaged to maintain the turbocharger by means of sheet steel crutches fixed on the cylinder block.
However, it is very difficult to properly maintain the turbocharger by means of crutches, given the mass of the turbocharger.
In addition, since it is necessary to use several crutches to fix the turbocharger, the system constituted by the turbocharger, the exhaust manifold, and the crutches, becomes hyperstatic.
Consequently, the system undergoes significant thermomechanical stresses which are detrimental to the reliability of the system.
It has also been envisaged to rigidly maintain the turbocharger on the cylinder block by fixing the central casing to the cylinder block.
This solution requires a flexible connection to be made at the connection between the exhaust manifold and the turbine casing, so as to allow the elements of the mechanical system to expand when they rise in temperature.
This flexible connection is difficult to implement because it poses reliability problems.
Another solution envisaged is to produce the turbine casing in one piece with the exhaust manifold, so as to form a "turbocollector".
This solution does not solve the problem of fixing the other elements of the turbocharger to the engine. In addition, it poses assembly problems, in particular as regards the accessibility of the fixing screws of the exhaust manifold part on the cylinder head of the engine.
The invention aims to remedy these drawbacks.
To this end, the invention provides an engine of the type described above, characterized in that the turbocharger is fixed to the cylinder block by means of its central casing, and in that the central casing has an annular portion which is produced integrally with the central casing and which is mounted tightened radially on a retaining shaft fixed on the cylinder block.
According to other characteristics of the invention: - the annular portion is produced by molding; - a split metal ring is interposed radially between the annular portion and the shaft; - The annular portion, the split ring, and the retaining shaft are assembled by shrinking; - The axis of the holding shaft is substantially parallel to the axis of the turbine of the turbocharger; - The holding shaft is fixed to the cylinder block by means of at least two adjustable crutches; - the exhaust manifold is made of sheet metal.
Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the single appended figure which is a partial perspective view schematically representing an engine produced in accordance with the teachings of the 'invention.
In the description which follows, identical, similar or analogous elements will be designated by the same reference numbers.
In the single figure, there is partially shown an internal combustion engine 10 of a motor vehicle which is produced in accordance with the teachings of the invention.
In a conventional manner, the engine 10 comprises a block cylinder 12 on which a cylinder head 14 is mounted.
The cylinder head 14 has internal exhaust ducts (not shown) which open into an exhaust side face 16 of the cylinder head 14 and which are connected to an exhaust manifold 18.
The exhaust manifold 18 is fixed to the lateral face 16 of the cylinder head 14.
Preferably, the exhaust manifold 18 is made of thin-walled sheet steel, so as to minimize the thermal inertia of the manifold 18, to accelerate the rise in temperature of the primary catalyst (not shown) which is arranged downstream. of the manifold 18 of the engine exhaust line 10.
The engine 10 is equipped with a turbocharger 20 comprising a turbine casing 22 which is linked to a central casing 24.
The inlet orifice 26 of the turbine casing 22 comprises a flat flange 28, here of generally triangular shape, which is mounted screwed on a complementary flat flange 30 arranged around the outlet orifice of the exhaust manifold 18, so to connect the exhaust manifold 18 to the turbine casing 22.
According to the embodiment shown here, the axis A1 of the turbine (not shown) of the turbocharger 20 extends in a longitudinal direction substantially parallel to the lateral exhaust face 16 of the cylinder head 14.
The central casing 24 here has a zone 32 for the connection of the turbocharger 20 to a lubrication circuit (not shown).
This connection zone 32 here has the form of a substantially flat surface, parallel to the longitudinal axis A1, provided with threaded holes 38, 40 and at least one oil supply and / or discharge orifice. 42.
The connection zone 32 is provided here to allow the fixing by screwing of a flange (not shown) linked to at least one oil supply and / or discharge duct (not shown).
In accordance with the teachings of the invention, the turbocharger 20 is fixed to the cylinder block 12 by means of its central casing 24.
To this end, the central casing 24 comprises an annular portion 46 which is produced integrally with the central casing 24 and which is mounted tightened radially on a retaining shaft 48 fixed on the cylinder block 12.
The annular portion 46, which here has a tubular shape with a longitudinal axis, is substantially adjacent to a transverse end edge of the connection zone 32, on the side of the block 12.
Advantageously, the annular portion 46 is produced by molding in one piece with the central casing 24.
The retaining shaft 48, of circular section, is substantially parallel to the longitudinal axis A1 of the turbine.
The retaining shaft 48 is fixed to the cylinder block 12 by means of two crutches 50, 52 which are arranged respectively at each of its longitudinal ends.
Each stand 50, 52 is constituted here by a sheet metal tab which is fixed, for example by screwing, on the one hand, on the associated end of the retaining shaft 48 and, on the other hand, on a stud. associated fixing 54, 56 of the cylinder block 12.
Each fixing stud 54, 56 here has a generally frustoconical shape, the base of which is arranged on the side of the cylinder block 12.
The fixing pads 54, 56 are, for example, produced integrally by molding with the cylinder block 12.
Preferably, the stands 50, 52 are adjustable, that is to say that it is possible to precisely position each stand with respect to the cylinder block 12, so that the holding shaft 48 is rigidly connected to the block - cylinders 12.
For this purpose, each stand 50, 52 comprises, for example, oblong holes for the passage of fixing screws 58, 60, so that each stand 50, 52 can occupy several positions in the associated fixing plane.
Advantageously, a split metal ring 62 is interposed radially between the annular portion 46 and the shaft 48.
According to a characteristic of the motor 10, the annular portion 46, the split ring 62, and the retaining shaft 48 are assembled by hooping, which allows a connection without play between the retaining shaft 48 and the central casing 24, therefore the turbocharger 20, this backlash-free connection preventing the appearance of acoustic problems due to vibrations of the engine 10.
Thanks to the invention, the turbocharger 20 is fixed to the cylinder block 12 by means of a connection of the sliding pivot type.
Indeed, under the action of the forces due in particular to the expansion of the exhaust manifold 18 and of the turbine casing 22, the annular portion 46 is capable of sliding longitudinally on the retaining shaft 48, and / or of pivoting around of the retaining shaft 48.
The split ring 62 is chosen for its mechanical and physical properties which allow it to avoid jamming of the annular portion 46 on the retaining shaft 48, during the operation of the motor 10.
The materials constituting the annular portion 46, the split ring 62, and the retaining shaft 48, are chosen so that the resistant torque, when hot, due to the hooping between these three elements 46, 62, 48, is less than the torque produced by the expansion of these three elements 46, 62, 48. That is to say that the assembly by hooping between the three elements 46, 62, 48 must not prevent the sliding and / or pivoting of the portion annular 46 relative to the holding shaft 48, when the exhaust manifold 18 and the turbine casing 22 reach a determined temperature.
On the contrary, the resistant torque, when hot, due to hooping between the three elements 46, 62, 48 must be greater than the torque induced by the vibrational energy produced by the motor 10, that is to say that the vibrations produced by the motor 10 must not cause the annular portion 46 to slide and / or pivot relative to the retaining shaft 48.
REVENDICATIONS
1. Moteur à combustion interne (10) de véhicule automobile comportant un bloc-cylindres (12), un collecteur d'échappement (18), et un turbocompresseur (20), et du type dans lequel le turbocompresseur (20) comporte un carter turbine (22) qui est lié à un carter central (24) et qui est raccordé au collecteur d'échappement (18), caractérisé en ce que le turbocompresseur (20) est fixé sur le bloc-cylindres (12) par l'intermédiaire de son carter central (24), et en ce que le carter central (24) comporte une portion annulaire (46) qui est réalisée venue de matière avec le carter central (24) et qui est montée serrée radialement sur un arbre de maintien (48) fixé sur le bloc-cylindres (12). 1. Internal combustion engine (10) of a motor vehicle comprising a cylinder block (12), an exhaust manifold (18), and a turbocharger (20), and of the type in which the turbocharger (20) comprises a casing turbine (22) which is connected to a central casing (24) and which is connected to the exhaust manifold (18), characterized in that the turbocharger (20) is fixed to the cylinder block (12) via of its central casing (24), and in that the central casing (24) comprises an annular portion (46) which is produced integrally with the central casing (24) and which is mounted tightened radially on a retaining shaft ( 48) fixed on the cylinder block (12).