FR2888882A3 - Systeme de refroidissement pour turbocompresseur - Google Patents

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Abstract

Turbocompresseur pour un véhicule automobile, comportant un axe principal (1) à chaque extrémité duquel sont respectivement placés une turbine (2) et un compresseur (3), ladite turbine (2) étant entraînée par les gaz d'échappement du moteur dudit véhicule et entraînant à son tour ledit compresseur (3), dans lequel un circuit d'un fluide approprié permet la lubrification des paliers de liaison entre ledit axe principal (1) et lesdits turbine (2) et compresseur (3), dans lequel les éléments dudit turbocompresseur sont placés dans un carter de turbocompresseur (4), dans lequel ledit axe principal (1) comporte au moins un canal principal (9) sensiblement longitudinal, caractérisé en ce que ledit canal longitudinal principal (9) est sensiblement axial selon l'axe de révolution (X) dudit axe principal (1), et rempli d'un élément caloporteur (10).

Description

Système de refroidissement pour turbocompresseur
La présente invention se rapporte au domaine des turbocompresseurs pour 5 moteurs de véhicules automobiles, et, plus particulièrement, aux dispositifs permettant le refroidissement de ceux-ci.
En effet, dans de tels turbocompresseurs, une turbine, entraînée par les gaz d'échappement, entraîne à son tour un compresseur qui permet d'augmenter la quantité et la pression de gaz injectés dans le moteur, de manière à améliorer la combustion au sein de celui-ci: la turbine, au contact des gaz d'échappement, se trouve donc soumise à de fortes températures, et il en va de même, dans une moindre mesure, pour le compresseur. Les vitesses de rotation de ces éléments étant, par ailleurs, très élevées, une lubrification et un refroidissement efficaces sont indispensables afin d'assurer les performances désirées.
A cette fin, il est connu de lubrifier, grâce au circuit de lubrification du moteur, les différents éléments du turbocompresseur, et, en particulier, l'axe principal du turbocompresseur auquel sont liés la turbine et le compresseur, ainsi que les paliers assurant la liaison, dans le carter du turbocompresseur, entre la turbine, le compresseur, et ledit axe principal. Généralement, et ainsi que le présente, par exemple et de manière non exhaustive le document US4422295, une pompe, le plus souvent placée dans le carter moteur, assure la circulation du lubrifiant à la fois dans le circuit de lubrification du moteur et dans une dérivation de ce circuit alimentant le carter principal du turbocompresseur. Une cavité formée dans le carter principal du turbocompresseur joue le rôle de carter de lubrifiant dans te turbocompresseur, et alimente un conduit de re-circulation du lubrifiant dans lequel une seconde pompe assure le retour dudit lubrifiant vers le carter moteur. Il apparaît toutefois qu'avec un tel système, si la re- circulation du lubrifiant est continue lorsque le moteur fonctionne, celte-ci s'arrête lorsque le moteur est coupé. Les différentes parties du turbocompresseur étant soumises à de fortes températures, du fait de leur environnement et de leur vitesse de rotation, il s'en suit, dans les instants suivant la coupure du moteur, un important risque de dégradation du lubrifiant resté au contact de l'axe principal et des paliers du turbocompresseur. Différentes solutions ont été proposées pour pallier cet inconvénient: elles consistent, le plus souvent, soit à mettre en place un réservoir de lubrifiant annexe sur une dérivation de la ligne de lubrification du turbocompresseur, ledit réservoir étant associé à une vanne et à une pompe permettant te maintien d'une circulation du lubrifiant lorsque le moteur est arrêté (voir par exemple le document KR2002017128), soit (voir par exemple le document U54422295) à configurer tes circuits de lubrification respectifs du moteur et du turbocompresseur de manière qu'une o partie du lubrifiant reste en permanence dans le carter de lubrifiant du turbocompresseur.
De tels dispositifs, toutefois, ne permettent pas un refroidissement à proprement parler des principaux éléments du turbocompresseur, c'est-àdire de l'axe principal, du compresseur, et de ta turbine de celui-ci.
Le document KR2003000048 propose un moyen de refroidissement de la turbine d'un turbocompresseur dans lequel un canal approprié, réalisé longitudinalement dans l'axe principal du turbocompresseur, permet l'acheminement d'un flux d'air vers un espace creux ménagé sur chacune des pales de la turbine et muni d'orifices appropriés pour l'évacuation et ta circulation du flux d'air. Dans un tel dispositif, toutefois, ta forme de ta turbine est plus complexe que celle d'une turbine conventionnelle: il s'en suit notamment une augmentation des coûts de réalisation, et, de plus, une telle forme augmente sensiblement l'inertie d'un tel turbocompresseur, ce qui peut se traduire par une diminution des performances. Un tel système implique par ailleurs ta mise en oeuvre, au sein du compresseur, outre le circuit de lubrification, d'un circuit de circulation d'air, ce qui rend la réalisation de celui-ci également plus complexe (mise en place de vannes appropriées, de joints, etc..., dans des conditions d'environnement sévères).
La présente invention a pour but de proposer un dispositif pour te refroidissement des principaux éléments du turbocompresseur d'un véhicule automobile, de réalisation simple et peu coûteuse, permettant, en particulier, un refroidissement efficace des parties dudit turbocompresseur soumises à de fortes températures, telles que l'axe principal, la turbine et le compresseur.
Cet objectif est atteint grâce à un turbocompresseur pour un véhicule automobile, comportant un axe principal à chaque extrémité duquel sont respectivement placés une turbine et un compresseur, ladite turbine étant entraînée par les gaz d'échappement du moteur dudit véhicule et entraînant à son tour ledit compresseur, dans lequel un circuit d'un fluide approprié permet la lubrification des paliers de liaison entre ledit axe principal et lesdits turbine o et compresseur, dans lequel les éléments dudit turbocompresseur sont placés dans un carter de turbocompresseur, dans lequel ledit axe principal comporte au moins un canal principal sensiblement longitudinal, caractérisé en ce que ledit canal longitudinal principal est sensiblement axial selon l'axe de révolution dudit axe principal, et rempli d'un élément caloporteur.
Avantageusement, ledit axe principat comporte, sensiblement parallèlement audit canal longitudinal principal, un ensemble de canaux secondaires dans lesquels circule le fluide de lubrification du turbocompresseur.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, lesdits canaux secondaires sont réalisés au plus près dudit canal longitudinal principal, et placés au plus près de l'axe de révolution de l'axe principat du turbocompresseur. Avantageusement, l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: l'élément caloporteur remplissant le canal longitudinal principal est un fluide, - l'élément caloporteur est un insert d'un matériau caloporteur, - ledit fluide caloporteur est du sodium, - ledit élément caloporteur est un matériau métallique à forte conductivité thermique, tel que le cuivre, les dimensions des canaux secondaires sont définies en fonction du débit de fluide lubrifiant maximum réalisable, - lesdits canaux secondaires sont placés en série avec les paliers de liaison dans le circuit de lubrification, l'alimentation en lubrifiant desdits canaux secondaires est réalisée par une dérivation du circuit de lubrification du turbocompresseur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence à l'unique figure annexée présentant une vue schématique en coupe, selon un plan de symétrie longitudinal, des principaux éléments d'un turbocompresseur selon l'invention.
Un tel turbocompresseur est principalement formé d'un axe principal 1 à io chaque extrémité duquel sont liés, respectivement, une turbine 2 et un compresseur 3. Les liaisons de la turbine 2 et du compresseur 3 audit axe principal 1 sont réalisées, de manière connue, au moyen de paliers appropriés, non représentés sur la figure. L'axe principal 1, la turbine 2, et le compresseur 3, sont placés dans un carter de turbocompresseur approprié 4, dans lequel est également aménagé un circuit pour la lubrification des principaux éléments du turbocompresseur, et, en particulier, pour la lubrification des paliers de liaison entre ledit axe principal 1 et, respectivement, ladite turbine 2 et ledit compresseur 3. Le circuit de lubrification comprend un orifice d'alimentation en lubrifiant 5 ainsi qu'un ensemble de conduits 6 permettant d'amener ledit lubrifiant au niveau de chacun des paliers à lubrifier. Il comprend également un carter de lubrifiant 7 permettant de collecter ledit lubrifiant et de le remettre en circulation, via un orifice 8 approprié, vers le circuit de lubrification général du moteur du véhicule ou, selon le véhicule, vers un circuit de lubrification indépendant.
Dans le compresseur selon l'invention, l'axe principat 1 est percé, sensiblement longitudinalement et selon t'axe de révolution X dudit axe principal 1, d'un canal principal 9, dans lequel est inséré un élément caloporteur 10. Selon le mode de réalisation retenu pour l'invention, et de manière non limitative, l'élément 10 pourra ainsi être un fluide tel que le sodium (le canal principal 9 formant alors une cavité fermée remplie de ce fluide lors du fonctionnement du turbocompresseur. En effet le sodium est solide à température ambiante, mais il devient liquide en fonctionnement, car sa température de fusion est environ de 100 C), ou une tige d'un matériau, par exempte métallique, à forte conductivité thermique, tel que le cuivre, insérée dans ledit canal principal 9. La nature et les dimensions ou quantités de l'élément caloporteur 10 seront précisément définies en fonction des contraintes thermomécaniques de l'environnement dans lequel il est situé : dilatation thermique en fonction de la température à laquelle les pièces du turbocompresseur sont soumises, corrosion de ces pièces par l'ambiance dans laquelle elles sont placées, notamment.
L'axe principal 1 du turbocompresseur selon l'invention comporte également un certain nombre de canaux secondaires 11 alimentés, via des perçages 12 o appropriés, réalisés sur ledit axe principat 1, par le circuit de lubrifiant du turbocompresseur. A l'issue de son passage dans les canaux secondaires 11, le lubrifiant est ré-acheminé, via un ensemble de perçages appropriés 13, vers le carter de lubrifiant 7 du turbocompresseur selon l'invention: la rotation de l'axe principal 1 facilite, par effet centrifuge, ce ré-acheminement.
L'ensemble formé par le canal principat 9 et les canaux secondaires 11 constitue alors un échangeur thermique, dans lequel l'élément caloporteur 10 reçoit les calories emmagasinées, en particulier, par la turbine 2 et le compresseur 3, et transmises par conduction à l'axe principal 1, et les transfère, par conduction, au fluide lubrifiant circulant dans les canaux secondaires 11.
Dans le mode de réalisation présenté par la figure, les canaux secondaires sont réalisés sensiblement parallèlement au canal principat 9, et placés en série avec les paliers du turbocompresseur dans le circuit de lubrification: ce mode de réalisation n'est pas limitatif, et, dans des modes de réalisation alternatifs, lesdits canaux secondaires 11 peuvent être disposés de manière quelconque par rapport audit canal principal 9, et être alimentés par des dérivations réalisées sur le circuit de lubrification des paliers dudit turbocompresseur. Préférentiellement toutefois, lesdits canaux secondaires 11 seront placés au plus près dudit canal principal 9, afin d'optimiser les échanges thermiques entre l'élément caloporteur 10 et le fluide de lubrification circulant dans les canaux secondaires 11: ce fluide sera donc choisi, outre ses capacités lubrifiantes, en fonction de son aptitude aux échanges thermiques (capacité calorifique).
De même, le canal principal 9 et les canaux secondaires 11 seront préférentiellement placés à proximité de t'axe de révolution X de l'axe principal 1 du turbocompresseur selon l'invention, afin de limiter l'augmentation de l'inertie du turbocompresseur, liée à la présence desdits canaux et de l'élément caloporteur 10.
L'invention permet ainsi de réaliser un refroidissement simple des principaux éléments du turbocompresseur d'un véhicule automobile, et, en particulier, des éléments tels que la turbine et le compresseur, soumis à de très fortes o températures en fonctionnement. Le turbocompresseur selon l'invention est en outre d'une réalisation relativement simple, et ne présente pas une inertie sensiblement modifiée par rapport à un turbocompresseur conventionnel, ce qui permet de conserver un haut niveau de performance.

Claims (9)

Revendications
1. Turbocompresseur pour un véhicule automobile, comportant un axe principal (1) à chaque extrémité duquel sont respectivement placés une turbine (2) et un compresseur (3), ladite turbine (2) étant entraînée par les gaz d'échappement du moteur dudit véhicule et entraînant à son tour ledit compresseur (3), dans lequel un circuit d'un fluide approprié permet la lubrification des paliers de liaison entre ledit axe principal (1) et lesdits turbine (2) et compresseur (3), o dans lequel les éléments dudit turbocompresseur sont placés dans un carter de turbocompresseur (4), dans lequel ledit axe principal (1) comporte au moins un canal principal (9) sensiblement longitudinal, ledit canal longitudinal principal (9) étant sensiblement axial selon l'axe de révolution (X) dudit axe principat (1), et rempli d'un élément caloporteur (10), caractérisé en ce que ledit axe principal (1) comporte un ensemble de canaux secondaires (11), alimentés en lubrifiant, via un ensemble de perçages appropriés (12) , par le circuit de lubrification du turbocompresseur, et dont les dimensions sont définies en fonction du débit maximal de fluide lubrifiant réalisable.
2. Turbocompresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément caloporteur (10) est un fluide à forte capacité calorifique, par exemple du sodium placé dans la cavité fermée formée par ledit canal principal (9).
3. Turbocompresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément caloporteur (10) est une tige d'un matériau à forte conductivité thermique, par exemple une tige de cuivre, insérée dans ledit canal principal (9).
4. Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un ensemble de perçages appropriés (13) permet, à l'issue de son passage dans lesdits canaux secondaires (11), le réacheminement du lubrifiant vers le carter de lubrifiant (7) du turbocompresseur.
5. Turbocompresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits 5 canaux secondaires (11) sont placés au plus près dudit canal principat (9).
6. Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que lesdits canaux secondaires (11) sont sensiblement parallèles au canal principal (9) et placés au plus près de l'axe de révolution (X) de l'axe principal (1) du turbocompresseur.
7. Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que lesdits canaux secondaires (11) sont placés en série avec les paliers de liaison dans le circuit de lubrification.
8. Turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'alimentation en lubrifiant desdits canaux secondaires (11) est réalisée par une dérivation du circuit de lubrification du turbocompresseur.
9. Véhicule automobile équipé d'un turbocompresseur selon l'une quelconque des revendications 4 à 8.
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